0028] 针对本发明的目的，机械夹具23在本文中广泛地定义为采用用于响应于被施加 到来自MRE22a的（多个）部件的物理力而夹持任何类型的（多个）对象的一个或多个部 件的任何机械结构。在实践中，机械夹具23的结构配置取决于使用机械夹具23的特定行 业（例如，医疗、生物医学、制造、半导体等）。对于医疗行业，机械夹具23的范例性使用包 括但不限于，在常规外科手术（例如腹腔镜检查）和显微手术（如眼部外科手术）中夹持 组织，小颗粒（例如，血液凝块或异物）的夹持或微夹持。此外，在实践中，机械夹具23可 以是机器人系统的末端执行器。
[0029] 针对本发明的目的，负载传感器24在本文中广泛地定义为被配置为将作用于结 构上的负载转变为指示所述负载力的大小的任何类型的电信号的任何传感器结构。负载传 感器24的范例包括但不限于，负载单元传感器、力传感器、力矩传感器和压力传感器。在实 践中，负载信号LS可以具有任何的电信号形式（例如，电压或电流、DC或AC等），并且可以 通过任何形式的电信号传输（例如，电学的或光学的，有线或无线等）与力反馈控制器21 进行通信。此外，在实践中，可以采用一个或多个负载传感器24,并且每个负载传感器24可 以以便于对对象10上的负载力进行感测的方式被耦合至邻接或毗连于机械夹具23的接触 表面的机械夹具23。
[0030] 下文是对如图2-图9中所示的力反馈控制器21、电磁致动器22和机械夹具23的 范例性实施例的描述，以帮助进一步理解本发明。
[0031] 设备20的一个范例性实施例20a在图2A中以打开状态示出，并且在图2B中以闭 合状态示出。设备20a的机械夹具23采用夹具框架，所述夹具框架具有被枢转连接至杆 23c的夹具臂23a和被固定连接至杆23c的夹具臂23b。夹具框架还具有弹簧23d，以将机 械夹具23偏置到如图2A中所示的打开状态。
[0032] 设备20a的负载传感器24a邻接于夹具臂23a的远端接触表面，并且设备20a的 负载传感器24b邻接于夹具臂23b的远端接触表面。备选地，负载传感器24a和24b可以 邻接于相应的夹具臂23a和23b的远端接触表面。
[0033] 夹具臂23a的近端和夹具臂23b的近端被连接至电磁致动器22。这建立了电磁致 动器22和弹簧23d相对于杆23c的平行对齐。电磁致动器22的MRE22a(由粒子圆点象 征性示出）在图2A中所示的基线形状（例如，立方体棱柱形状）中具有由MRE22a的建模 创建的形状记忆属性。
[0034] 如图2A中所示，MRE22a在施加磁场Hvfs的最小场强度H最小的情况下（例如，零 磁场）保持基线形状，并且夹具臂23a和23b由弹簧23d偏置到表示设备20a的打开状态 的最小夹持姿势。MRE22a的基线形状对应于考虑到最小磁通密度22a的最小 刚度，以及因此，夹具臂23a和23b的最小夹持力GF。
[0035] 为了关闭对象10上的设备20a，力反馈控制器21 (未示出）控制磁场Hvfs的强度 向如图2b中所示的最大强度Hgf增加，导致MRE22a从基线形状到与磁场Hvfs的最大强度 (例如，饱和磁场）相关联的完全致动形状（例如，矩形棱柱形状）的平行扩展。更具 体地，当磁场Hvfs的强度增加时，MRE22a的刚度响应于增加磁通密度B而增加，从而将夹具 臂23a和23b的夹持力GF增加到对应于MRE22a的完全致动形状的最大水平。
[0036] 负载传感器24a和24b向力反馈控制器21 (未示出）通信负载信号，由此，力反馈 控制器21控制磁场Hvfs的强度向最大强度Hgf的增加，以牢固地夹持对象10而不对对象 10造成任何损坏为目标。同样地，如果负载信号L连同对增加的夹持力GF的估计指示：如 果磁场Hvfs的强度进一步向最大强度Hgt增加则对象10可能经受损坏，力反馈控制器21 可以将磁场Hvfs的强度增加至低于最大强度Hgt的强度。
[0037] 设备20的另一范例性实施例20b在图3A中示出为打开状态，并且在图3B中示出 为关闭状态。设备20b的机械夹具23采用夹具框架，所述夹具框架具有均被枢转连接到杆 23g的夹具臂23e和夹具臂23f，以及被连接至杆23g并被连接至磁致动器22的远侧的弹 簧 23h〇
[0038] 设备20b的负载传感器24a邻接于夹具臂23e的远端接触表面，并且设备20b的 负载传感器24b被耦合至邻接于夹具臂23f的远端接触表面的夹具臂23f。备选地，负载传 感器24a和24b可以是相应的夹具臂23e和23f的邻接的远端接触表面。
[0039] 夹具臂23e和23f?的近端被枢转耦合至电磁致动器22的近侧。这建立了电磁致 动器22和弹簧23g相对于夹具臂23e和23f的一系列对齐。对于本实施例，电磁致动器22 的MRE22a(由粒子点象征性示出）在图3A中所示的基线形状（例如，矩形棱柱形状）中 具有由MRE22a的建模创建的形状记忆属性。
[0040] 如图3A中所示，MRE22a在施加磁场Hvfs的最小场强度H最小（例如，零磁场）的情 况下保持基线形状，并且夹具臂23e和23f由弹簧23d偏置到表示设备20b的打开状态的 最小夹持姿势。MRE22a的基线形状对应于考虑到最小磁通密度22a的最小刚 度，以及因此，夹具臂23e和23f的最小夹持力GF。
[0041] 为了关闭对象10上的设备20b，力反馈控制器21 (未示出）控制磁场Hvfs的强度 向如图3b中所示的最大强度Hg纟增加，导致MRE22a从基线形状到与磁场Hvfs的最大强度 (例如，饱和磁场）相关联的完全致动形状（例如，立方体棱柱形状）的一系列压缩。 更具体地，当磁场Hvfs的强度增加时，MRE22a的刚度响应于增加磁通密度B而增加，从而将 夹具臂23e和23f的夹持力GF增加到对应于MRE22a的完全致动形状的最大水平。
[0042] 负载传感器24a和24b向力反馈控制器21 (未示出）通信负载信号，由此，力反馈 控制器21控制磁场Hvfs的强度向最大强度Hgf的增加，以牢固地夹持对象10而不对对象 10造成任何损坏为目标。同样地，如果负载信号L连同对增加的夹持力GF的估计指示：如 果磁场Hvfs的强度进一步向最大强度Hgt增加则对象10可能经受损坏，力反馈控制器21 可以将磁场Hvfs的强度增加至低于最大强度Hgt的强度。
[0043]对于设备20a(图2)、设备20b(图3)和本发明的设备20的任何其他实施例，图 4-图6图示了电磁致动器22的电磁体的各种实施例。具体地，图4示出了围绕圆柱形MRE 22a缠绕的线圈22b，由此，由线圈22b生成的磁场（未示出）沿MRE22a的纵轴对齐。线 圈22b响应于流过线圈22b的电流而生成磁场，由此，MRE22a可以根据磁场的强度沿MRE 22a的纵轴如虚线所示地被伸长。
[0044] 图5示出了相对于圆柱形MRE22a的串行双极布置线圈22b和线圈22c，由此，由 线圈22b和22c产生的磁场（未示出）平行于MRE22a的纵轴。当电流流过线圈22b和 22c时，线圈22b和22c生成磁场，由此，MRE22a可以根据磁场的强度沿MRE22a的纵轴如 虚线所示地被伸长。
[0045] 图6示出了提供圆柱形MRE22a周围的空气间隙的围绕铁芯22d缠绕的线圈22b， 由此，由线圈22b生成的磁场（未示出）磁化铁芯22d，继而磁化MRE22a。线圈22b响应 于流过线圈22b的电流而生成磁场（未示出），由此，MRE22a可以根据磁场的强度沿MRE 22a的纵轴如虚线所示地被伸长。
[0046] 对于图4-图6,所示的MRE22a的圆柱形形状可以用作基线形状或完全致动形状。
[0047] 对于设备20a(图2)、设备20b(图3)和本发明的设备20的任何其他实施例，图7 图示了表示由力反馈控制器21执行的夹持力估计方法的流程图。具体地，机械夹具23的 夹持力GF是MRE22a的刚度的函数，其由MRE22a的磁通密度来控制。在实践中，机械夹 具23的夹持力GF可以如图2和图3中所示的随着MRE22a的刚度增加而增加，或者根据 电磁致动器22到机械夹具23的特定耦合随着MRE22a的刚度增加而降低。力反馈控制器 21因此利用MRE22a的弹性模数作为用于估计机械夹具23的夹持力GF的基础。
[0048] 参考图8,流程图30的阶段S31涵盖用于电磁体的电流信号I(t)的电磁处理42， 以得到磁通密度B(t)。在阶段S31的一个实施例中，电磁处理42包括下列方程[1]的执 行：
[0049] B(t) =ymnl(t) [1]
[0050] 其中，是MRE22a的磁导率，并且n是电磁体的线圈匝数的密度。
[0051 ] 流程图30的阶段S32涵盖磁通密度B⑴的磁流变处理43,以得到MRE22a的弹 性常数km⑴。在阶段S32的一个实施例中，磁流变处理43涉及本领域所公知的弹性常数 k"(B)的实验性确定。例如，图9示出了通过特定设计的MRE的实验确定的特性曲线，其描 述了弹性模数（E)与磁通密度之间的关系E=f(B)。对于该曲线，磁流变处理43包括下列 方程[2]的执行：
[0052] kn(t) = (EB(t)A)/L[2]
[0053] 其中，A是不压缩时的M