机器人的肌肉
机器人的工作，归根结底就是改变世界：移动一只夹爪、举起一个箱子、向前滚动，或单腿站稳。真正让这些改变发生的部件，就是执行器——它把控制信号转换成物理的力与运动。如果说传感器是机器人「感知」的方式，那么执行器就是它「行动」的方式。它名副其实地就是机器人的「肌肉」。
这补全了每一台机器人核心处的回路，常被概括为感知—规划—行动。传感器收集关于世界的信息；软件决定该做什么；然后执行器在物理世界中执行这个决定。没有传感器，机器人是盲的；没有规划器，它是漫无目的的；但没有执行器，它就是瘫痪的——它再怎么思考，也连一根手指都抬不起来。
每个执行器都产出的两样东西：力与运动
无论内部如何运作，每个执行器都可以通过两个输出来理解：它推得多用力，以及它动得多快。这个「推力」要么是力（对于沿直线滑动的部件），要么是扭矩（对于旋转的部件）。扭矩就是「扭转的力」——就像你拧门把手或扳手时施加的那种力。在机械臂中，它通常表现为关节扭矩，即执行器在关节处输出的旋转作用力。另一个输出是运动：这个推力推动物体前进的速度。
想象推开一扇沉重的门。要让它转动，你同时提供两样东西：在合页处的扭转作用力（扭矩），以及门转动的快慢（速度）。轻轻一推，轻门很快就开；而卡住的重门则需要你使出大得多的扭矩去顶，而且开得很慢。执行器面对的正是这种取舍。同一个电机，要么快速地对付小负载，要么缓慢地对付大负载——但很少能两者兼得。扭矩与速度的乘积，大致上就是执行器的「功率」。
推力从何而来：能量来源一览
执行器的主要差异，在于它们从哪里获得「力气」。每种能量来源都有自己的脾性——在力量、速度、精度和清洁度上各有所长——本系列后续会逐一探讨。先来纵览全局：
- 电动——目前最常见。电流流过电机时，电机便旋转。它干净、精确、易于控制，且有多种类型（有刷直流、无刷直流、步进和伺服电机）。大多数机械臂、无人机和轮式机器人都是电动的。
- 液压——加压的油液推动活塞。液压执行器能在很小的体积内输出巨大的力，所以重型挖掘机和一些力量强劲的行走机器人会采用它；代价是笨重的泵和漏油的风险。
- 气动——用压缩空气代替油液。气动执行器便宜、快速、天生带有弹性，但因为空气会被压缩，所以较难精确定位。常见于只需「啪」地开合的工厂夹爪。
- 软体——柔性结构通过弯曲、充气或收缩来运动，而非转动一个刚性关节。软体执行器（例如充气的人工肌肉）在与人和脆弱物体接触时既温和又安全，代价是放弃了刚性驱动的精度与力量。
现在不必费心去记这些细节。要点很简单：没有一种「最好」的执行器——只有最适合某项任务的执行器。一台手术机器人、一台仓库叉车，和一只用来抓取成熟水果的软体夹爪，各自需要的「肌肉」截然不同。
从执行器到关节再到「手」
执行器很少独自工作——它栖身于一个机械结构之中。最常见的情况是，它位于一个关节处，也就是机器人两个刚性部件之间可活动的连接。最为人熟悉的一种是转动关节，一个会旋转的合页，就像你的肘部或膝盖。用电机驱动这个合页，你就得到了一个能按指令弯曲的动力关节。
这里有一条简洁的经验法则：一个执行器通常驱动一个自由度——也就是机器人一种独立的运动方式。一条带三个转动关节的简单机械臂有三个自由度，通常也就配三个执行器，每个关节一个。把这些关节串联起来，它们的运动便叠加在一起，把末端执行器——也就是最尖端的工具，比如夹爪或焊枪——送到任务需要的位置。想要更多独立的运动？一般就再增加更多被驱动的关节。