机构、关节与结构

反向驱动性与欠驱动

反向驱动性指的是,你不通过指挥电机,而是直接推动机器人关节的“输出端”——也就是真正干活的那一头——来让它动起来的容易程度。一个可反向驱动的关节像自行车轮子自由滑行:轻轻一推它就转,你甚至能通过它感觉到电机被倒着带动。一个不可反向驱动的关节则像顶起汽车的螺旋千斤顶——你摇手柄能把车顶起来,但无论怎么往下压车,都没法把手柄倒着摇回去。许多齿轮系统是故意舍弃反向驱动性的:大减速比让电机的输出变得有力,却也让关节很难从外部被推动。

当机器人需要在人身边安全工作、并让人觉得灵敏好用时,反向驱动性就很可贵:可反向驱动的手臂能被人用手轻轻推开,遇到意外接触时会顺势让步,而不是固执地死守原位。它还让机器人能直接通过关节去感知并回应外界的力,几乎就像你用自己的手臂去感受压力一样,这甚至能取代一个专门的力传感器。

欠驱动则是一个与“数数”有关的相关概念:它指一个机构的电机数量少于它能独立活动的方式数量。一只有很多手指关节、却只有一两个电机的机器手就是欠驱动的——手指不是各自单独驱动,而是按弹簧和连杆设定好的固定方式一起弯曲。这让设计更简单、更轻、更便宜;而一只设计得当的欠驱动手,即便无法让每个指节都摆出独立姿势,仍能自然地包裹住各种不同形状的物体。

一只简单的机器人夹爪只用一个电机来合拢四根带关节的手指;当手指碰到一只形状奇特的杯子时,那些无动力、可反向驱动的关节会顺着杯子的弧线弯曲,把它牢牢抱住。

一个电机,多个关节:欠驱动加上反向驱动性,让一只手能自行贴合物体。

这两个概念常常一起出现:欠驱动的手通常被设计成可反向驱动,好让那些没有动力的关节仍能贴合所抓住的东西而弯曲。

又称
backdrivableunderactuation可反驱欠驱动