1.3.2 磁流变液制动器在机器人领域的应用

磁流变液制动器在机器人领域也得到了较为广泛的应用。以力反馈机器人为例，目前常用的具有力反馈功能的数据手套大都为使用直流电机或气动人工肌肉作为力反馈装置的主动式力反馈数据手套[74]，但其存在一些缺点，比如接触硬度较高物体时，需要力反馈装置在较短时间产生较大力矩，这会造成直流电机体积过大，严重影响操作者的临场感。由于磁流变液制动器具有力矩/重量比高、结构轻巧、能耗低、响应快及使用安全等优良特性，以其作为数据手套的被动式力反馈装置，在产生相同反馈力时，重量更加轻便，并且可以有效避免操作失误或系统出错对操作者造成的伤害[75]。

美国华盛顿州立大学Blake等[76]研制了一款基于磁流变液制动器的数据手套MR。如图1.22a所示，该数据手套的拇指、食指和中指分别由两个磁流变液制动器为每个手指提供最大12N的阻尼力，并可将各个手指的实时运动信息传输给患者。美国罗格斯大学Winter等[77]研制了一款如图1.22b所示的穿戴式力反馈数据手套MRAGES，通过设计新颖的外骨骼传动系统，并配置磁流变液制动器为人体关节锻炼和康复提供阻尼力，整个装置重量只有160g。韩国釜山大学Nam等[78]研制了一种包含五个微型磁流变液制动器的“智能手套”，可以在任意虚拟环境、操作对象下为用户提供触觉反馈，通过指尖与执行器之间的新型柔性连杆传动机构，可将指尖的力位信息准确有效传递给操作者。东南大学Qin等[79]搭建了如图1.23所示的6自由度交互触觉反馈器，可为拇指、食指和中指提供大于95°的工作空间，通过设计多个多盘式磁流变液制动器，单个制动器可提供最大480N·m的反馈力矩。

图1.22 基于磁流变液制动器的力反馈数据手套

当前国内外学者也将磁流变液制动器应用于医疗康复机器人领域。东北大学Xie等[80]设计了一款基于磁流变液制动器的智能仿生膝关节（见图1.24），采用四杆机构的驱动方式，与人体有着良好的匹配性，具有主动关节和被动关节的特点。东南大学霍耀璞等[81]研制了一种具有力反馈效果的手指康复训练装置，设计了一款多片式磁流变液制动器为手指提供反馈力，该手指康复训练装置包括被动训练、交互训练等在内的多种训练模式，通过实验验证了其具有良好的可靠性、稳定性和舒适度。芬兰阿尔托大学Kostamo等[82]设计了一种基于磁流变液制动器的柔性四足步行机器人，机器人腿部采用模块化设计理念，包含一个线性弹簧和一个磁流变液制动器，通过实时控制磁流变液制动器的阻尼力可有效改善脚与地面之间的作用力，以提高机器人的可控性和稳定性。

图1.23 6自由度交互触觉反馈器

图1.24 智能仿生膝关节