機器人零件指南

01 致動器

01-1 　致動器概論

何謂致動器

致動器（Actuator）可以使機器人、機械等運動；將電力、空氣壓力、油壓等能量來源轉換為機械的旋轉運動、往復運動、搖擺運動等的零件。

在考慮將此致動器安裝於機器人上時，務必要考量以下各點：能夠達成目標運動、動作；易於控制的機能面；供給的能量來源是否易於使用；還有重量與大小等作為能量來源的密度等。

致動器的種類

將致動器依電腦控制的角度來看，機器人所使用的致動器最常使用的為電動式。氣動式的動作速度雖然快，但和油壓式的相比，力量較弱。

提到電動式致動器，第一個會令人想到的是馬達。廣泛地運用在機器人和機械系統上面的致動器，就是馬達。雖然馬達可從各式各樣的角度來分門別類，但一般可從「驅動電源」、「驅動原理」和「內部構造」來分類。

在選擇電動式致動器作為機器人的驅動來源時，會因為電源、驅動迴路、驅動方式，以及為實現目標動作而有限制產生等，所以一般多半會在這些組合當中選擇最合適的致動器。在本章裡會依驅動電源的種類來解說搭載於機器人上的這些零件是否能夠使用。

一、伺服機（Servo motor）

參加機器人競賽的人，時常會提到伺服機（伺服致動器）這個詞。伺服機和通風機馬達、檯式鑽床等所使用的驅動用馬達不同，它所指的是控制用的馬達。那麼，伺服機和驅動用馬達有何不同呢？伺服機在設計之初是以下列機能為重點所開發出來的︰

1.對於負荷的變動，能夠快速地對應。

2.正轉、反轉時特性是固定的。

3.輸出特性是線性且平均、易於控制的。

4.具有很廣的迴轉速度範圍。

因為擁有這麼優異的特性，價格當然也很高。這樣的話，難道用一般用的馬達就不能控制機器人了嗎？那倒不是。舉例來說，那可能會有如賽車和卡車之間的差別。

二、無刷直流馬達（Brushless DC motor）

所謂無刷馬達，就是將有刷直流馬達拿掉電刷（無刷），又稱無刷馬達（Brushless motor）、霍爾馬達（Hall motor）。

無刷直流馬達降低了有刷馬達的電刷所造成的電力雜訊，以及機械性摩擦損耗、電刷的磨損等使壽命下降的機率，適用於高速迴轉。此外，其迴轉部分為永久性磁鐵，而且由於驅動線圈在機殼那側，所以冷卻性佳。但是迴轉部分磁鐵的慣性矩較大，尤其是外轉子的形狀會使其響應性惡化。由於種類繁多，以現狀來看，在分類上也還沒有正確的版本。它被運用於在DVD、硬碟、冷卻用風扇等，會有電器性、機械性雜訊，以及會造成電刷磨損的裝置上，並且也應用於無塵室用的機器人上，以避免有刷馬達所含的石墨造成髒汙。

無刷直流馬達可說是實現了直流馬達免維護的理想，所以它對機器人的適用備受期待。但是，也會有些像是因為使用了偵測轉子位置的霍爾元件等，使得價格稍高，以及簡單的馬達驅動器較少等的缺點。

01 致動器

01-1 　致動器概論

何謂致動器

致動器（Actuator）可以使機器人、機械等運動；將電力、空氣壓力、油壓等能量來源轉換為機械的旋轉運動、往復運動、搖擺運動等的零件。

在考慮將此致動器安裝於機器人上時，務必要考量以下各點：能夠達成目標運動、動作；易於控制的機能面；供給的能量來源是否易於使用；還有重量與大小等作為能量來源的密度等。

致動器的種類

將致動器依電腦控制的角度來看，機器人所使用的致動器最常使用的為電動式。氣動式的動作速度雖然快，但和油壓式的相比，力量較弱。

提到電動式致動器，第一個會令...

現在開始有愈來愈多機器人競賽了。主辦者的「要求」、「目標」能夠反應參賽者的進步潛力與技術等級，這就是競賽的趣味所在。縱使參賽者是按照各個競賽內容來製作機器人，但是在製作的時候，仍會為了「要使用什麼樣的零件最適合呢」而感到困惑。雖然參賽者們常在網路上的部落格和首頁上公開有關自己製作機器人的資訊，不過大家多半只是因為自己經常使用某些零件的關係而選擇正在使用零件的，不是嗎？

本書專門說明製作機器人時會使用到的零件，並簡介其概要並介紹其使用方法和選擇方法。本書也有解說關於致動器、感測器及電子零件等材料，所以當你想自己想製作機器人而不知該如何尋找需要的零件時，請務必使用本書。另外，也希望讀者在想知道其他機器人競賽的參賽者經常使用的零件究竟擁有什麼樣的功能時，也能將本書當作參考書籍來查詢。

本書是以《ROBOCON》雜誌為基礎所發行的參考書籍，內容以各零件的解說為中心，且重新整理修訂過。若讀者能藉由本書更加了解各種零件，並且對製作更好的機器人有所幫助的話，我們將甚感榮幸。

2011年11月

Ohmsha

現在開始有愈來愈多機器人競賽了。主辦者的「要求」、「目標」能夠反應參賽者的進步潛力與技術等級，這就是競賽的趣味所在。縱使參賽者是按照各個競賽內容來製作機器人，但是在製作的時候，仍會為了「要使用什麼樣的零件最適合呢」而感到困惑。雖然參賽者們常在網路上的部落格和首頁上公開有關自己製作機器人的資訊，不過大家多半只是因為自己經常使用某些零件的關係而選擇正在使用零件的，不是嗎？

本書專門說明製作機器人時會使用到的零件，並簡介其概要並介紹其使用方法和選擇方法。本書也有解說關於致動器、感測器及電子零件等材料，...

01 致動器
02 機械元件
03 控制器
04 感測器
05 電源配線零件
06 電子零件
07 輸入/輸出裝置
08 材料

附錄1 物件購買商店一覽
附錄2 主要的機器人競賽

01 致動器
02 機械元件
03 控制器
04 感測器
05 電源配線零件
06 電子零件
07 輸入/輸出裝置
08 材料

附錄1 物件購買商店一覽
附錄2 主要的機器人競賽