静态扭矩与动态扭矩：关键差异解析¶

在机械设计和控制系统开发中，静态扭矩和动态扭矩是两个重要的概念，理解它们的区别对选择和使用伺服舵机至关重要。本文将详细解析静态扭矩与动态扭矩的定义、作用及其关键差异，从而更好地应用这些概念于实际项目中。

静态扭矩¶

静态扭矩（Static Torque），又称保持力矩（Holding Torque），是指在机械系统保持静止时，舵机维持特定位置所需的扭矩。此扭矩主要用来抵抗外部负载，使机械臂或其他部件不发生移动。

• 应用场景：静态扭矩通常应用于需要长时间维持固定位置的场合，例如机械臂的某个关节在工作过程中需要长时间保持静止。

• 计算方法：理想情况下，忽略连杆重量，摇臂水平时的静态扭矩计算较为简单。例如，在舵机水平摆放且负载物体重量为m时，静态扭矩最大。使用公式可以描述为： $$\tau_{\text{静态}} = m \cdot g \cdot L \\\ 其中， \tau_{\text{静态}} 是静态扭矩， m 是负载质量， g 是重力加速度， L 是力臂长度。$$

动态扭矩¶

动态扭矩（Dynamic Torque），又称为堵转力矩（Stall Torque），是指在舵机旋转或运行过程中，所能施加的最大扭矩。动态扭矩用来克服负载的惯性和摩擦力，使机械系统实现运动。

• 应用场景：动态扭矩适用于需要频繁启动、停止或改变方向的场合，例如机器人关节在运动过程中需要克服初始静摩擦力启动或在运行中克服负载惯性。

• 计算方法：动态扭矩与电压密切相关，高电压能提高直流电机的输出功率，从而增大动态扭矩。例如，当电压为7.4V时，1cm长摇臂的堵转力矩计算如下：

$$\tau_{\text{动态}} = m \cdot g \cdot L \\\ 其中， \tau_{\text{动态}} 是动态扭矩， m 是负载质量， g 是重力加速度， L 是力臂长度。$$

关键差异¶

1. 状态：
2. 静态扭矩：系统静止时的维持力矩。

3. 动态扭矩：系统运动时的最大力矩。

4. 作用：

5. 静态扭矩：抵抗外部负载，维持位置稳定。

6. 动态扭矩：克服惯性和摩擦力，实现启动和运动。

7. 计算复杂度：

8. 静态扭矩：相对简单，主要考虑负载和力臂长度。

9. 动态扭矩：较为复杂，需要考虑电压、负载、摩擦力和惯性等因素。

10. 应用场景：

11. 静态扭矩：长时间保持固定位置的应用。
12. 动态扭矩：频繁启动、停止或运动的应用。

结语¶

静态扭矩和动态扭矩在机械设计和控制系统中扮演着不同但同样重要的角色。理解它们的区别和计算方法，可以帮助在项目中选择合适的舵机和控制策略，确保系统性能和可靠性达到预期水平。