動力學

關節力矩

關節力矩是機器人在它某個關節處施加、用來讓那個關節轉動的扭轉力——它是普通推力在旋轉世界裡的表親。普通的力把東西沿直線推走,而力矩則試圖讓東西繞著一個支點旋轉。你每次開門都能體會到這個區別:在靠近鉸鏈的地方推幾乎沒用,但在門的遠端推一下,門就輕鬆地轉開了。力矩就是這種轉動效果,它既隨你推得多用力而變大,也隨你推的位置離支點多遠而變大。在機器人的關節處,馬達供給的正是這種扭轉。

力矩才是真正驅動機器人運動的東西。要讓一個關節動起來——要克服掛在它下面的機械臂的重量、要對抗它齒輪裡的摩擦、要把連桿加速著甩出去——馬達就必須輸出足夠的力矩。力矩太小,機械臂就會下垂或卡住;太大,它又會猛地甩過頭。機器人的控制器大半輩子都在做一件事:一刻一刻地決定究竟該給每個關節送去多少力矩,而機器人運動方程正是告訴它正確數值的那件工具。

正因為力矩如此核心,機器人往往不只是下達它,還會測量它。透過感知每個關節處真實的力矩,機器人就能感覺到自己正多用力地壓向外部世界——從而能輕輕地和你握手、能把銷釘插進去而不卡死、能在撞到人的一瞬間立刻停下。這正是懂力、能協作的機器人的核心所在:力矩既是它們用來移動的語言,也是它們用來感知的觸覺。

當一條機械臂把一件沉重的工具伸到最遠處端著時,它的肩關節必須持續輸出力矩,僅僅是為了不讓手臂往下垂——這和你自己伸直胳膊拎一個袋子時肩膀在使勁一模一樣。

即使是保持不動也要耗費力矩,因為關節必須不停地抵消重力。

力矩以牛頓·米(N·m)為單位:一牛頓的力作用在離支點一米遠處。它是力的旋轉版本,而不是某種速度。

又稱
关节扭矩joint moment