全章总结
十二节一览
| 节 | 关键结论 | 典型陷阱 |
|---|---|---|
| 5.1 关节执行系统 | 四部分组成与功率链（定义 5.1.1）；八个功率符号（定义 5.1.2）；「功率 = 力 × 速度」指明功率种类（功率总是「力 × 速度」）；选型从关节的力与速度出发；工况矛盾（定理 5.1.B） | 把功放当信号放大器；以为理想传动改变功率；漏算 |
| 5.1.1 传动装置 | 三重作用：定量（降速增矩）/ 定性（转动→平动）/ 减重优化载荷（定义 5.1.3）；三种装置选型（方法 5.1.C）；纯比例假定（定理 5.1.F）；直驱的代价（定义 5.1.4） | 只记「减速增矩」；以为直驱更先进；忘记它兼有解耦作用 |
| 5.1.2 伺服发动机 | 三类发动机（定义 5.1.5）；六条性能要求（定义 5.1.6）；有刷/无刷的组成与对应角色（定义 5.1.7、定义 5.1.8）；定转子功能互换的四个好处（定理 5.1.C）；步进不需位置反馈（定义 5.1.9）；液压的容积变化原理（定义 5.1.10）；电动 vs 液压对照表（方法 5.1.D） | 混换向器与静态整流器；说明步进「没缺点」；忘记液压需紧急刹车之外的反面（熄火、污染） |
| 5.1.3 功率放大器 | 调节任务与功率分配（定义 5.1.11）；按电机类型选放大器（定理 5.1.D）；PWM 两个指标 >0.9 与 （方法 5.1.E）；电液伺服与阀杆位置伺服（定义 5.1.12） | 以为放大的是信号；记反斩波/逆变；以为液压侧放大电流 |
| 5.1.4 能源 | 提供一级功率 （定义 5.1.13）；电源 = 变压器 + 无控桥式整流；液压源 = 泵 + 电机 + 储液器 + 阀组；储液器 = 滤波电容（储液器 = 滤波电容） | 把能源与放大器的职责搞反；以为液压源只是一只泵 |
| 5.2 驱动 | 方法：从数学模型到方框图；液压与电气「结构类比但压力反馈去不掉」 | 以为两者可以随意互相替代特性 |
| 5.2.1 电气驱动 | 四个基本方程 (5.1)–(5.4)、（定义 5.2.1）；电流反馈的双重目的（定义 5.2.2）；速度/力矩两种发电机与统一式 (5.11)–(5.13)（定理 5.2.A）；抗扰取舍（定理 5.2.B） | 把 当两个参数；认为加电流反馈总是更好；忽略放大器时间常数小几个数量级 |
| 5.2.2 液压驱动 | 六条基础方程 (5.14)–(5.19)（定义 5.2.3）；渗漏与可压缩性两项；旋转式 为常数、线性式随工作点变；与电气逐条对照（方法 5.2.A） | 漏掉 ；把 当常数；混淆伺服阀与分布器 |
| 5.2.3 传动装置影响 | 减速比定义与典型值（定义 5.2.4）；、，负载力矩 （定理 5.2.C）；摆的例子与大减速比线性化（例 5.1） | 两个折算因子写反； 里外的 放错；以为减速比只放大转矩 |
| 5.2.4 位置控制 | 独立关节近似（定义 5.2.5）；PI 的理由与「两个原点极点」（定理 5.2.D）；测速反馈的两条改进（方法 5.2.E）；两条推广（两条推广） | 说不出积分与比例各管什么；以为测速反馈只是「多测一个量」 |
| 5.3 本体传感器（含 5.3.1 / 5.3.2） | 本体量的定义与关节力矩的归属（定义 5.3.1）；位置与速度是关节伺服的两个基本反馈量（定理 5.3.A）；电位计（定义 5.3.2）；编码器与分辨率（定义 5.3.3、例 5.3.A）；格雷码（定理 5.3.B）；旋转变压器等（注 5.3.1）；速度重建三条途径（方法 5.3.A） | 混淆分辨率与精度；忘格雷码的用途；以为差分求速度无代价 |
| 5.4 外部传感器（含 5.4.1 / 5.4.2 / 5.4.3） | 外部量的定义（定义 5.4.1）；应变片（定义 5.4.2）与腕力传感器（定义 5.4.3）；校准矩阵（定理 5.4.A）与坐标变换（方法 5.4.B、例题 5.4.C）；接近/距离传感器与敏感距离（定义 5.4.4）；声纳方程（定理 5.4.B）；激光两种原理（方法 5.4.C）；视觉与 CCD/CMOS（定义 5.4.5） | 力传感器读数直接当末端力用；声纳忘除以 2 或忘温度修正；省掉投影里的深度除法 |
一条主线
关节要「低速度、大转矩」，伺服发动机的最优工况却是「高速度、低转矩」——传动装置抹平这个矛盾，作用是三重（定量 / 定性 / 减重解耦），三种装置各管一段（齿轮换向、丝杠转平动、带与链做远置传动）。发动机按输入功率分三类，电机内部再分有刷与无刷，选型看「低速大转矩 vs 集成与效率」。建模时把整条链写成方程：电气驱动四个方程给出速度控制与力矩控制两种「发电机」特性，液压驱动是同一套结构的平行版本（多出渗漏与可压缩性），传动装置则按 改写惯量与摩擦、按 改写力矩与非线性——于是多轴强耦合被削弱成「可独立设计的单轴 + 干扰」，位置环的 PI 加测速反馈才立得住。传感器分内外：本体传感器（位置 / 速度）是伺服的反馈源，外部传感器（力 / 距离 / 视觉）让机器人知道自己在与什么打交道。
三句话带走
- 两个折算因子管住整章：惯量与摩擦按 、力矩与非线性按 。传动装置的「减重解耦」、摆例子的「线性化」、独立关节控制的合法性，全是这两条的直接推论。
- 功率链 + 两种发电机：能源 → 功放 → 发动机 → 传动装置；电气驱动在「加不加电流反馈」上分岔出速度控制（抗扰好、独立关节用）与力矩控制（力矩独立于转速、集中控制用）两条特性，统一写成 。
- 传感器要分清「量的是谁」：本体量（关节位置、速度、关节力矩）用来闭环伺服；外部量（末端力、距离、视觉）用来认识环境。测量精度先受物理原理限制（编码器的量化分辨率、声纳的温度漂移、相机的标定残差），不是换个算法就能补上。
考试边界（据老师课堂原话）
- 重点（讲了最久的四块）：传动装置（三重作用 + 三种装置 + 直驱取舍，0:30:54–0:38:23）、伺服发动机（有刷/无刷/步进/液压的对比，0:38:41–0:49:07）、传动装置影响（ 与 的折算，1:24:51–1:32:31）、本体传感器（编码器与测速，1:45:39–2:00:11）。
- 点状了解：功率放大器（0:59:59–1:02:18）与能源（1:02:18–1:03:28）各只讲一两分钟——记住「斩波器对永磁直流、逆变器对无刷」与「储液器 = 滤波电容」即可。
- 有作业：习题 5.1 / 5.6 / 5.7（课件末页 02:28:37），完整解答见作业五。这三道题分别对应电气驱动稳态特性、力传感器坐标变换、相机投影。
- 不考：本章无「不考」内容；但液压的空化（cavitation）问题（教材 §5.2.2 的题外话）属于背景了解，老师未展开。
- 考试形式提示：老师全章反复用「作用 / 优点 / 缺点 / 适用场合」四件套来讲器件（传动装置、有刷、无刷、步进、液压），这类题应以条目对比的形式准备。