为任务选型：功率预算
选择执行器并不是去买你能负担得起的最强电机，而是要在不浪费的前提下让机器与任务相匹配。首先要确定的是功率与能量预算：关节必须输出多少机械功率，以及电池能持续供应这一功率多久。功率等于力乘以速度——既用力又快速地运动——所以一个要快速抬起沉重手臂的关节，需求远高于只是轻推一个轻型夹爪的关节。
三个数字决定了选型：关节在最吃力时刻所需的扭矩（旋转力）、它必须达到的速度，以及电池储存的能量。电机必须提供扭矩；如果单靠电机不够，齿轮箱可以用速度换取扭矩；而电池则决定整台机器在必须休息或充电之前能运行多久。
如实的预算把这看作一条链，而不是单个零件。电池为电机驱动器（把电力切换进绕组的电子电路）供电，驱动器驱动电机，电机驱动齿轮，齿轮最终带动负载。每个环节都会以发热的形式损失一点能量，而最弱的一环会限制整体。从头到尾为整条链选型，你就能避免那个经典错误：强劲的电机却被太小的驱动器或疲弱的电池饿着。
发热上限：占空比与堵转
电机几乎总能产生超过它所能持续输出的力。极限不在于力气，而在于发热。电流流过绕组会使铜线升温，如果升温快于电机向空气散热的速度，绝缘层最终会被烤坏。这就是为什么每个执行器都有占空比与发热上限：它可以全力运行的时间比例，以及它绝不能越过的温度。
这里有个让初学者栽跟头的陷阱。一个能轻松抬起负载的电机，在仅仅托住它时却可能悄悄烧毁。抬起是短暂的：电机转动，运动的部件把空气扇过绕组，瞬间即过。托住却是持续不断的：电机静止不动，奋力对抗重力，以零速度运转却抽取大电流——因此它不做任何有用的机械功，而几乎所有电能都直接变成热量，又没有运动来帮助把热带走。
那个最坏情况有个名字。当电机被完全卡住、无法转动时，它产生最大的旋转力——即堵转扭矩——但代价是最大电流和最大发热。堵转扭矩在规格表上看起来很诱人，但它是危险区，而非工作点。设计者会在它之下留出充裕的余量，并避免在那里逗留。
去掉齿轮：直驱与可反向驱动
大多数机器人用齿轮把快而弱的电机放大成慢而强的关节。齿轮对纯粹的力量很奇妙，但有代价：它们带来背隙——运动反向时一小段松动的死区——会因摩擦损失能量，而且关键在于，它们让关节很难被反向推动。而采用直驱时，关节直接螺接到电机上、完全没有齿轮，以较小的扭矩换取另一组优点。
最突出的优点是可反向驱动性：你可以抓住关节用手转动它，电机会随你一起转，而不是像锁死的螺丝那样抗拒。高减速比的齿轮箱恰恰相反——推它的输出端，齿轮几乎纹丝不动，因为放大电机力的那个杠杆，同样会放大你反向施加的任何力。直驱让这条通路在两个方向上都保持畅通，于是关节对外部世界保持敏感。
这为什么重要？可反向驱动的关节能感知它所触碰的东西。顶着一面墙，电机电流会以控制器可读取的方式上升，于是机器人无需专门的传感器就能感知接触。它在碰撞中也更温和：没有刚性齿轮组去硬接冲击，关节会退让、会顺势——就像你的手臂被撞到时会自然放松一样。这种天然的退让是一种机械柔顺性——内建于传动系统之中，而非外加上去。
前沿：准直驱腿
纯直驱对于必须靠腿支撑自身重量的机器人来说太弱了。前沿的折中方案是准直驱：一个强劲的低减速比无刷电机搭配单级轻量齿轮——减速比往往接近六比一，而不是一百比一。这点小小的减速提供了足以站立和跳跃的扭矩，同时又足够轻柔，使腿保持可反向驱动、依然能感知地面。
这就是为什么新一代四足机器人和其他足式机器能在碎石上小跑、被推一把后稳住，并在重重落地时吸收冲击而不碎裂。可反向驱动的腿让机器人能运行力控制——指令每只脚蹬地的力度，而非精确指令它落在哪里——于是肢体与崎岖地形协商，而不是与之对抗。执行器的机械敏感性，正在完成软件原本难以完成的工作。
一个更早的、相辅相成的思路从另一侧抵达同样的目标。串联弹性执行器在电机与负载之间刻意插入一根柔软的弹簧。精确测量弹簧的形变量，就能揭示流过关节的确切力——并保护齿轮免受突然冲击。准直驱让传动系统变软；串联弹性加进一根弹簧；两者追逐的是同一个奖赏：一个不只是会运动、更会感知的执行器。
至此，执行器这一章首尾相接。我们从纯粹的力量出发，经过功率与发热预算的纪律约束，走到了灵敏到足以通过自身电机感知世界的执行器。机器人如何运用这种感知——它如何实时地平衡、迈步、稳住——则是控制与运动的故事，正是在那里，这些灵敏的驱动才真正活了起来。