機器人的肌肉
機器人的工作，歸根結底就是改變世界：移動一隻夾爪、舉起一個箱子、向前滾動，或單腳站穩。真正讓這些改變發生的部件，就是致動器——它把控制訊號轉換成物理的力與運動。如果說感測器是機器人「感知」的方式，那麼致動器就是它「行動」的方式。它名副其實地就是機器人的「肌肉」。
這補全了每一台機器人核心處的迴路，常被概括為感知—規劃—行動。感測器收集關於世界的資訊；軟體決定該做什麼；然後致動器在物理世界中執行這個決定。沒有感測器，機器人是盲的；沒有規劃器，它是漫無目的的；但沒有致動器，它就是癱瘓的——它再怎麼思考，也連一根手指都抬不起來。
每個致動器都產出的兩樣東西：力與運動
無論內部如何運作，每個致動器都可以透過兩個輸出來理解：它推得多用力，以及它動得多快。這個「推力」要麼是力（對於沿直線滑動的部件），要麼是扭矩（對於旋轉的部件）。扭矩就是「扭轉的力」——就像你擰門把手或扳手時施加的那種力。在機械臂中，它通常表現為關節扭矩，即致動器在關節處輸出的旋轉作用力。另一個輸出是運動：這個推力推動物體前進的速度。
想像推開一扇沉重的門。要讓它轉動，你同時提供兩樣東西：在合頁處的扭轉作用力（扭矩），以及門轉動的快慢（速度）。輕輕一推，輕門很快就開；而卡住的重門則需要你使出大得多的扭矩去頂，而且開得很慢。致動器面對的正是這種取捨。同一個馬達，要麼快速地對付小負載，要麼緩慢地對付大負載——但很少能兩者兼得。扭矩與速度的乘積，大致上就是致動器的「功率」。
推力從何而來：能量來源一覽
致動器的主要差異，在於它們從哪裡獲得「力氣」。每種能量來源都有自己的脾性——在力量、速度、精度和清潔度上各有所長——本系列後續會逐一探討。先來縱覽全局：
- 電動——目前最常見。電流流過馬達時，馬達便旋轉。它乾淨、精確、易於控制，且有多種類型（有刷直流、無刷直流、步進和伺服馬達）。大多數機械臂、無人機和輪式機器人都是電動的。
- 液壓——加壓的油液推動活塞。液壓致動器能在很小的體積內輸出巨大的力，所以重型挖掘機和一些力量強勁的行走機器人會採用它；代價是笨重的泵和漏油的風險。
- 氣動——用壓縮空氣代替油液。氣動致動器便宜、快速、天生帶有彈性，但因為空氣會被壓縮，所以較難精確定位。常見於只需「啪」地開合的工廠夾爪。
- 軟體——柔性結構透過彎曲、充氣或收縮來運動，而非轉動一個剛性關節。軟體致動器（例如充氣的人工肌肉）在與人和脆弱物體接觸時既溫和又安全，代價是放棄了剛性驅動的精度與力量。
現在不必費心去記這些細節。要點很簡單：沒有一種「最好」的致動器——只有最適合某項任務的致動器。一台手術機器人、一台倉庫堆高機，和一隻用來抓取成熟水果的軟體夾爪，各自需要的「肌肉」截然不同。
從致動器到關節再到「手」
致動器很少獨自工作——它棲身於一個機械結構之中。最常見的情況是，它位於一個關節處，也就是機器人兩個剛性部件之間可活動的連接。最為人熟悉的一種是轉動關節，一個會旋轉的合頁，就像你的肘部或膝蓋。用馬達驅動這個合頁，你就得到了一個能按指令彎曲的動力關節。
這裡有一條簡潔的經驗法則：一個致動器通常驅動一個自由度——也就是機器人一種獨立的運動方式。一條帶三個轉動關節的簡單機械臂有三個自由度，通常也就配三個致動器，每個關節一個。把這些關節串聯起來，它們的運動便疊加在一起，把末端執行器——也就是最尖端的工具，比如夾爪或焊槍——送到任務需要的位置。想要更多獨立的運動？一般就再增加更多被驅動的關節。