共同的原理：電加磁，讓軸轉起來
幾乎每個機器人都需要一個致動器——把指令變成物理運動的部件。電動馬達是其中最常見的一種，而在所有差異之下，本指南中的四類馬達都依靠同一個把戲。兩塊沒對齊的磁鐵會互相拉扯、扭轉，直到「喀噠」一聲對齊，就像指南針的指針會轉動著指向北方。馬達耍了個花招：不斷移動磁場，讓轉動的部件永遠追不上它。追逐磁場的那個部件叫轉子（旋轉的那塊）；周圍保持不動的部件叫定子。
要造出一個移動的磁場，就讓電流通過一圈圈的線圈——通電的線圈會變成臨時磁鐵。按正確的順序切換給哪些線圈通電，磁場就會繞著圓周旋轉。轉子不停地追它，於是你得到了連續的旋轉。馬達設計的全部問題歸結為一點：由誰來決定下一個給哪個線圈通電，又怎麼知道正確的時機？
有刷直流與無刷直流：主力軍
對「誰來切換線圈」最簡單的回答，是一段巧妙的機械接線。有刷直流馬達把線圈放在旋轉的轉子上，讓兩片滑動觸點——電刷——通過一個叫換向器的分段環給線圈供電。隨著轉子轉動，這個環會自動切換給哪個線圈通電，磁場便自行不斷追逐。把它接到電池上，它就轉了。正因這種簡單，有刷直流馬達才便宜、好驅動、隨處可見——玩具、電鑽、小型機器人輪子。
問題就出在電刷本身。它們要摩擦，於是會磨損、打火花，並以摩擦和熱的形式浪費能量。無刷直流馬達（BLDC）通過把設計裡外翻轉來解決這一點：線圈靜止地待在定子上，磁鐵則裝在轉子上，於是沒有任何東西需要滑動。既然沒有電刷來做切換，就改由電子電路來做：它讀取轉子的位置，在正確的瞬間給每個線圈通電。這個電路就是馬達驅動器（在無人機裡叫電子調速器，即 ESC）。你用一點複雜度，換來一台運行更安靜、壽命長得多、單位重量功率更大的馬達。
步進馬達：靠數「喀噠」實現廉價精度
步進馬達走的是另一條路。它不自由旋轉，而是造有許多磁齒，讓轉子自然地停在一連串固定的駐留位置上——就像帶定位齒的鐘錶。驅動器每把線圈推進一格，轉子就正好跳一步，並停在那裡。典型的步進馬達每轉有 200 步，所以一步是乾脆俐落的 1.8 度。
這讓你無需任何位置感測器就能精確定位。如果你命令走 50 步，你就相信轉子走了 50 步，於是只靠數指令就能把軸準確地擺到位。這使步進馬達成為一種開環裝置：它照指令行動，卻不核對結果。代價是：如果你逼它轉得太快、或負載太重，它可能悄無聲息地丟步——而因為沒有誰在盯著，控制器永遠不會發現自己落後了。
這種取捨解釋了步進馬達的用武之地：3D 列印機、CNC 工具機、相機雲台、實驗室泵——這些任務負載適中、可預測，你想要的是低成本下可重複的定位。它們停下時能牢牢鎖住位置，又不需要回饋接線，讓整個系統保持簡單又便宜。
伺服馬達：一台會自我監視的馬達
伺服馬達並不是第五種馬達——它就是上面某種馬達（常是有刷直流或 BLDC）外面套上一個回饋回路。裝在軸上的是一個感測器，通常是旋轉編碼器，它把真實位置報告回一個小控制器。你給伺服一個目標——「保持 90 度」——剩下的它自己來辦。
用大白話說一下這個回路。控制器把軸實際所在的位置與你要求它去的位置作比較；這個差距就是誤差。如果軸還沒到目標，它就把馬達驅動得更猛；如果衝過頭了，它就往回推。它每秒重複這件事成千上萬次。這就是閉環控制——與步進馬達那種盲目信任正相反——而實現它最常見的配方是 PID 控制。如果有負載把手臂推離目標，伺服會感到誤差在變大，並奮力把位置拉回到指令值。
loop forever (thousands of times per second):
actual = encoder.read_position()
error = target - actual
command = PID(error) # bigger error -> harder push
motor.apply(command)正因為它不斷地糾正，伺服馬達能承載變化的負載、從擾動中恢復，並在條件變化時仍準確命中目標——這就是工業機械臂的關節都由伺服驅動的原因。代價是比一台光禿禿的馬達多了零件、多了調試。於是這四類馬達構成了一道能力的階梯：有刷直流提供廉價的原始旋轉，BLDC 提供高效的功率，步進提供廉價的開環精度，而伺服提供能穩住陣腳的閉環精度。