機械傳動
機械傳動,是把運動和轉動力從馬達送到它該驅動的那個關節去的一整套部件。馬達單獨工作時通常轉得很快,但推力卻很輕——給風扇用正合適,要抬重物就毫無用處。傳動正是那個中間人,它把這股原始的旋轉重新塑形成有用的形式:放慢轉速、放大牽引力、把動力拐個彎送過去,或者把它挪到真正需要的地方。皮帶、鏈條、齒輪、纜繩、螺桿,以及諧波減速器這類專用裝置,都是這個家族的成員。
想像腳踏車上的鏈條。腳踏是馬達,後輪是關節,而鏈條加上鏈輪就是傳動——它們把你腿上的力量送到車輪,並且透過換檔,用輕快的高速旋轉去換緩慢有力的爬坡。機器人用的是同一招。一條皮帶可以把笨重的馬達安放在靠近機座處,好讓手臂末端保持輕盈;一根螺桿可以把馬達的旋轉轉換成乾淨俐落的直線推送;一台諧波減速器(一種巧妙的柔性齒輪裝置)能在一個緊湊、幾乎沒有空程的小巧封裝裡實現極大的減速,這正是它出現在許多精密機械臂關節裡的原因。
你所選的傳動,會悄無聲息地塑造整台機器人的表現。好的傳動傳遞動力平滑而高效、定位牢靠、以熱量形式浪費掉的能量很少。差的或磨損的傳動會帶來空程——一段細小的「空檔」鬆動,馬達已經在轉、關節卻還沒反應——外加摩擦、彈性變形和運動損耗,這些都會削弱精度。設計者還要權衡:連桿能否反過來推動馬達(稱為可反驅,這關係到安全,也關係到能否感知外力),因為有些傳動很容易反向帶動,有些卻會卡得死死的。
在一台精密的工業手臂裡,每個關節通常都藏著一台諧波減速器:進去的是小馬達又快又弱的旋轉,出來的是又強、又慢、又準的轉動,被縮小了一百倍甚至更多。正是這個部件,讓手臂能把位置穩定到不到一毫米的精度。
諧波減速器把又快又弱的馬達,變成關節所需的又慢、又有力、又精準的運動。
別把傳動和馬達混為一談:馬達產生運動,傳動負責傳遞並重新塑形。再完美的馬達配上鬆垮的傳動,關節照樣鬆垮。