应用的论文于力反馈数据手套新型磁流变阻尼器的研究

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1、摘要摘要随着虚拟现实技术的发展，力反馈装置已被广泛应用于遥操作、虚拟装配、虚拟手术、医疗康复等各个领域。力反馈装置能为操作者提供精确的力觉感知，能增强虚拟操作中的沉浸感，使操作者在遥操作中能精确控制远程机器人完成精细作业。目前已有的力反馈装置多采用气动、液压、电机、人工肌肉等主动式驱动方式，在灵巧性、安全性和力觉再现的真实性等方面还存在不足。本课题的研究具有重要的应用前景和现实意义。数据手套是常用的人机交互设备，但大多不具有力反馈功能。而磁流变液是一种新型液体智能材料，在一定强度的外加磁场作用下其流变学特性如屈服强度在毫秒级时间内将发生快速、连续、可逆变化。本文通过对国内外力反馈装置的发展

2、现状及应用情况进行总结，提出了在数据手套上应用磁流变阻尼器实现被动式力反馈的方案，具体研究内容如下：对磁流变液的磁流变机理和性能特点进行了研究，详细分析了圆盘式磁流变阻尼器的工作原理，并对其建立了数学模型，最后就该模型的理论分析进行了公式推导。完成磁流变阻尼器的磁路设计，通过建立最佳的磁路结构，保证在工作间隙中产生指定的磁场强度。采用电磁场有限元法分析了工作间隙的磁感应强度分布，结果表明阻尼器的磁路设计是合理和有效的。采用SolidWorks机械设计软件完成磁流变阻尼器各零部件的机械结构设计，主要包括转动部分、支承部分和联接部分等。设计了用于调节磁流变阻尼器输出力矩大小的数控电流源。实现了

3、OmA--一lOOOmA范围内恒定电流输出的功能，具有较高的精度与稳定性。实验结果表明，本文设计的被动式力反馈装置具有良好的有效性和适用性，运行安全、可靠，能实现较大范围的力觉再现，并具有较高的保真性，达到了预期设计的要求。关键词：遥操作；力觉再现；磁流变阻尼器；被动式力反馈；液体智能材料；有限元分析ABSTRACTWimthedevelopmentofvirtualrealitytechnology,forcefeedbackdeviceshavebeenwidelyusedinteleoperation,virtualassembly,virtualsurgery,medicalreh

4、abilitationandetc．Forcefeedbackdevicesprovidetheoperatoraccuratehapticperception．Theyalsoenhancetheoperator’Simmersioninthevirtualoperation,SOtheoperatorCallpreciselycontroltheremoterobottocompletefinejobsintheremoteoperation．Atpresent,thedrivemodeofforcefeedbackdevicesincludepneumatic，hydraulic，e

5、lectricalandartificialmuscles．Thereisdeficiencyindexterity,safetyandhapticrepresentationauthenticity．Thisstudyhasimportantapplicationprospects．Dataglovesarecommonlyusedforhuman—computerinteraction，butmostofwhichdonothavethefunctionofforcefeedback．Ⅵ恤letheMRFisanewsmartfluidmaterial．Underexternalcer

6、tainintensityofmagneticfield,therheologicalpropertiessuchasyieldstrengthwillchangesrapidly,continuallyandirreversiblywithinmilliseconds．Theinternationaldevelopmentandapplicationofforcefeedbackdevicehavebeensummarized,andtheprogramofMRdamperusedinforcefeedbackbasedondataglovehasbeenproposed．Thespec

7、ificcontentsaleasfollows．BasedontheMRmechanismandpropertiesofMRF,thedetailedworkingprincipleanalysisofthediscMRdamperistaken．Atlast,themathematicalmodelissetupanditstheoryanalysisformulaisdeducted．Themagneticcirc