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1、新型智能材料在力/触觉反馈中的应用#3#新型智能材料在力/触觉反馈中的应用戴金桥,王爱民(东南大学仪器科学与工程系,江苏南京210096)摘要:新型智能材料电/磁流变液在电/磁场作用下,能够在几毫秒时间内由牛顿流体状态变为半固体状态。在简单介绍电/磁流变效应产生机理、特点的基础上,阐述了国内外几种典型的基于电/磁流变液体的力/触觉反馈设备的原理、结构和应用,比较了电/磁流变液的优缺点,总结了基于电/磁流变液设备的优势和存在的问题,展望了应用前景。关键词:力/触觉反馈;电流变液;磁流变液;设备中图分类号:TP24文献标识码:A文章编
2、号:1000-8829(2007)07-0003-04ApplicationoftheSmartMaterialsintheHapticsDAIJin-qiao,WANGA-imin(DepartmentofInstrumentScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)Abstract:Electrorheological(ER)fluidsandmagnetorheological(MR)fluidsarenovelsmartmaterialsth
3、atresponsetoanappliede-lectric/magneticfieldswithachangeinrheologicalbehaviorfromthatofNewtonto÷hal-fsolidùwithinseveralmsecs.ThepropertiesofERFs/MRFsarepresented.Theprinciple,structureandapplicationsofsomehapticsystembasedonERFs/MRFsarediscussed.Atlast,theadvantagesa
4、nddisadvantagesofthosedevicesarepresented,andapplicationsinthefutureareforecasted.Keywords:haptics;ERfluids;MRfluids;devices[3~15]电流变液体是一种液体智能材料,当有电场存在时,其流变发。目前,电/磁流变器件的研究和开发主要集中于阻尼学特性如粘度发生剧烈的变化,这种现象叫电流变效应。电流器、制动/离合器、精密加工装置等,在力/触觉中的应用比较少。变液是悬浮溶液,由固体微粒均匀地分散在基础溶液里,固体微1电
5、流变液在力/触觉中的应用粒和基础溶液均是绝缘性较好的电介质。固体微粒的直径大小在10%~1%Lm,电流变效应有时称作Winslow效应,一般认Kenaley和Cutkosky首先把电流变液应用于机器人手指触为是由分散相粒子和连续相粒子的极化产生的,当有电场存在[16]觉中。随后,许多研究机构和学者致力于把电流变液应用于时,分散相粒子由于极化运动,在电场方向上形成链,当电场强力/触觉技术中,也取得了很多成果。度不断加大时,这种链就会变大,导致电流变液的粘度、剪切力1.1基于电流变液的触觉阵列和其他特性发生变化,由原来流体状态变成半流
6、体(具有一定Monkman发明的电流变液触觉阵列[17]原理如图1所示,在[1]黏弹性)如凝胶体,甚至变成固体。一个方形框架内设置一个方形金属(11mm@11mm铝)柱,金在电场作用下的电流变效应,使电流变液在液态和固态之属柱的周围用PTFE(Polytetrafluoroethylene,聚四氟乙烯)包裹,间发生的转换具有如下特征:①是可逆的;②转换是可控的;③在其上面注入一层电流变液体,在电流变液体上放置一层薄膜转换的控制仅需使用易获得的电压或电场强度信号;④转换对导电橡胶。整个结构中金属柱体和导电橡胶作为两电极,金属[2]控
7、制的响应仅需几ms;⑤控制转换所需的能耗很低。柱体接高压,导电橡胶接地。当没有施加电压时,人的手指在导磁流变液是电流变液的磁模拟,一般地由分散在载体介质电橡胶上面移动时,感觉不到金属柱体上方的区域与其他的区中的微小的、可磁化的极性粒子组成,当作用一个磁场时就形成域有所不同,但当施加高电压时,由于铝柱上方的电流变液体发了粒子链。在剪切力作用的条件下,粒子链的形成和断裂之间生电流变效应,其粘度增大,手指感觉金属柱体上方的区域明显[2]的平衡取决于施加在其上面的磁场强度。同样,在磁场作用变硬,离开这个区域时,作用消失。下的磁流变效应具有
8、与电流变效应相似的特征。在单个触觉研究成功的基础上,设计了一个5@5的触觉阵因为电/磁流变液具有如此好的品质,所以国内外许多研究列,每个触觉单元为一个11mm@11mm带1mm圆角的正方机构和研究人员正从事于电/磁流变液相关技术的研究和开形,1mm
