- 上一篇：医用空气压缩机减振降噪结构设计
- 下一篇：300mm变推力火箭发动机设计
一般概念上，触觉技术可以笼统的分为两大类，一是对于触觉信号的感应识别，触觉传感器正是对于该类问题的主要研究内容；二是向外界使用者传递可以模拟真实触感的虚拟感官，也即对外界使用者进行逼真的触觉反馈。由于在机器人技术的整个发展过程中，人们对于触觉传感器的认识较为完整透彻、研究较为深入成熟，因此本文在触觉传感方向不做过多的论述。触觉反馈技术，也即Haptic技术，原本是军事应用中一种虚拟现实技术，在对士兵进行模拟培训时利用对参训者的机械作用力对其进行反馈，在平时训练或演习中模拟战斗或机动设备行驶状态下的真实场景和环境。后来，Haptic技术被用在如手机、游戏机手柄等一系列电子设备上向使用者提供立即和准确的触觉感受[1]，从而让使用者可以配合画面和声音真实的感受到界面或游戏中所反映的情况，为虚拟现实的实现打下基础。当然，触觉反馈技术还有更具现实意义及人性化的设计应用。在医学领域，有些肿瘤或病灶体生长位置十分特殊、血管密集且细微，纯粹依靠外科医生的人眼和现有手术器材无法进行手术。然而，新一代的医疗机器人可以依靠触觉反馈技术将机器手与人体器官或组织的接触感受精确地反馈给操纵手柄的外科医生，从而实施精细度非常高、难度非常大的微创手术。再如，开发适用于盲人或弱视者的显示器。Haptic技术正在被应用于一种新型的一体化触摸屏，方便使用者根据力学或电信号反馈分辨出按下的图标和屏幕上显示的图形动画。因此，对于触觉反馈技术的研究意义重大且需求迫切。
在众多触觉技术研究中，如何将触觉传感和触觉反馈结合起来，也即如何识别外界使用者对于装置的触碰按压深度并且根据该按压深度对使用者进行合适、明显、可区分的力学反馈是最重要的研究方向。在该方向中，最重要的问题即是如何选择和制备作为传感和反馈的核心元件的材料并且对其性能进行计算推导和实验测试。在众多具有各类特性的智能材料中，磁流变材料以其反应灵敏、响应快、恢复性好[5]，以及材料的电学和机械性能变化可简单地通过外加磁场变化控制等一系列特性脱颖而出。
磁流变材料是一种新兴的功能材料和智能材料，在隔振减震、航空航天、汽车工业等领域具有广泛的应用前景[2]。最早出现的磁流变材料是磁流变液（Magnetorheological Fluid，也即MRF），它是由微米尺度的软铁磁性材料在液相中均匀分布而构成的一种特殊的悬浮体系，Rabinow在1948年对MRF进行详细研究发现了磁流变效应[3]。所谓磁流变效应，即是指MRF在外界磁场的作用下，由于其悬浮导磁颗粒的极化和聚集，使得液体迅速失去流动性发生固化，而撤去磁场后又迅速恢复液体流动性的现象[4]。然而，MRF因为其组织的特殊性容易发生颗粒沉降、固液分离的情况从而使得其长贮性差、性能不稳定，不适用于需要长期反复使用的结构和产品。为了解决上述问题，研究者们在MRF的基础上，用高分子聚合物代替磁流变液中的液相组分制成了一种新型的磁流变材料——磁流变弹性体（Magnetorheological Elastomer，也即MRE）[5]。当对MRE施以外加磁场时，MRE中均布的导磁颗粒受到极化而产生相互作用力，此时若使MRE发生形变，这些磁力会在其内部形成反向力矩，增强材料抵抗变形能力，从而磁流变弹性体在外加磁场下会产生磁致模量和磁致阻尼[6,7]。同时，由于内部的软磁性颗粒具有较小的剩磁，磁流变弹性体在磁场作用下还具有良好的可逆性[8]。由于阻值刚度可控、材料剩磁小性质可逆、物化性质稳定不易变质、反应灵敏响应迅速、结构设计简单、制备成本相对较低廉等一系列独有的优点，磁流变弹性体作为磁流变材料的一个重要的新分支，有着十分广阔的应用前景[9]。