RE22a的横截面积，L是不压缩时的MRE22a的长度。
[0054] 流程图30的阶段S33涵盖弹性常数kjt)的弹性处理44,以得到夹具臂距离打开 状态的位移d(t)。在阶段S33的一个实施例中，弹性常数kjt)的弹性处理44可以是基 于电磁致动器22上的物理力、弹簧和机械夹具24的几何形状。为简单起见，本实施例假定 (1)机械夹具24上的物理力相比于偏置部件中的力和MRE22a上的力是忽略不计的，（2) 如果完全压缩，MRE22a和弹簧不改变其形状，（3)弹簧在静止位置处的长度恰好是当平行 时夹具臂的接触表面之间的距离，以及（4)MRE22a在静止位置处的长度短于平行时夹具 臂的接触表面之间的距离。因此，进一步假定，施加在杆上的两个力为在弹簧上的力Fs和在 MRE22a上的力Fm，均衡力矩并使用弹力作为F= -k(t)*Ax，其中，AX是MRE22a的伸长 率，所述力符合下面的方程[3]和[4]:
[0055] Fs ?ls=FM ? 1M [3]
[0056] Ks ?ls ?Axs=kM ? 1M ?AxM [4]
[0057] 此外，使用三角关系，距离支点的垂直位移之间的关系符合下面的方程[5]:
[0058]
[5]
[0059] 注意，距离支点的位移和弹性位移并不总是相等的。在初始假定下，AX' 5 = Axs，并且AxM=Ax'M+Ax。，其中，Ax。是MRE22a相对于支点的额外扩展。结合力的 方程和几何方程，得到下面的方程[6]:
[0060]
[6]
[0061] 夹具夹爪的总开度因此符合以下方程[7]:
[0062]
[7]
[0063] 方程（7)描述了控制系统的弹性分量。弹簧的弹性常数匕是恒定的，并且取决于 弹簧的设计和材料。长度1、1M、15以及高度h是恒定的，并且取决于夹具的设计。AX。也 是恒定的。因此，夹具夹爪的开度与k(t)成比例，转换函数由磁流变分量来描述。
[0064] 流程图30的阶段S34涵盖位移d(t)的力处理45,以得到夹持力GF(t)。在阶段 S34的一个实施例中，夹持力GF(t)可以假定为线性的：F= -kQAx。，其中，k。是对象的弹性 常数，AX。是对象的变形。由于对象的变形与夹爪开度d(t)直接成比例，能够假定夹持力 GF(t)也与用于任何给定的夹具任务的夹爪开度d(t)成比例。
[0065] 参考图8,力反馈控制21执行具有指令的软件和/或固件，所述指令用于实现结合 了图7中所示的夹具力估计方法30的力反馈控制方案。对于该控制方案，电流发生器41 处理负载力LF(t)和夹持力GF(t)的差，得到用于电磁体的线圈的电流I(t)。在一个实施 例中，电流I(t)是负载力LF(t)和夹持力GF(t)的差的函数，如在下表1中所示的：
[0066]
[0067] 在实践中，偏移X可以根据由设备20夹持的特定对象10被减去或增加至表1中 的负载力/夹持力差。
[0068] 此外，在实践中，由于转移函数的实际力分量是未知的，可以应用如图8所示的自 适应控制46。在一个实施例中，自适应控制46可以被实现为如所示的自适应增益分量（未 知比例竞争（contest))，并且力反馈控制器31可以是一般性的比例-积分-导数("PID"） 控制器。本实施例能够用于提供对夹持力GF(t)的实时控制。
[0069] 参考图1-图9,本领域普通技术人员将会理解，本发明的许多优点包括但不限于， 力反馈夹持设备经由MRE的控制牢固地夹持对象，以使（如果不能防止的话）由设备给对 象造成的损坏最小化。
[0070] 尽管已经对本发明进行了详细的图示和描述，但是本领域普通技术人员应当理 解，本文中所描述的本发明的实施例是图示性的，可以做出各种改变和变形，并且其等同物 可以替代其中的元件，而不脱离本发明的真正范围。此外，可以做出许多修改，以适应本发 明的教导，而不脱离其中心范围。因此，本发明的意图不限于所公开的作为用于实施本发明 的最佳预期模式的特定实施例，而是本发明包括所有落入所附权利要求范围内的实施例。
【主权项】
1. 一种MRE夹持设备，包括： 机械夹具（23)，其能够被致动到用于夹持对象的多个夹持姿势中的一个；以及 电磁致动器（22)，其包括磁流变弹性体， 其中，所述磁流变弹性体能够根据被施加到所述磁流变弹性体的磁场的可变强度在多 个形状之间进行转换，以及 其中，所述磁流变弹性体的每个形状使所述机械夹具（23)致动到所述夹持姿势中的 一个。2. 根据权利要求1所述的MRE夹持设备，其中，所述机械夹具（23)包括至少一个负载 传感器，所述至少一个负载传感器能够响应于所述机械夹具（23)的夹持力来感测所述对 象的负载力。3. 根据权利要求1所述的MRE夹持设备，其中，所述电磁致动器（22)还包括围绕所述 磁流变弹性体缠绕的线圈。4. 根据权利要求1所述的MRE夹持设备，其中，所述电磁致动器（22)还包括相对于所 述磁流变弹性体的线圈的双极布置。5. 根据权利要求1所述的MRE夹持设备， 其中，电磁致动器（22)还包括铁芯和围绕所述铁芯缠绕的线圈，以及 其中，所述磁流变弹性体被定位在所述铁芯的空气间隙内。6. -种力反馈夹持设备，包括： 机械夹具（23)，其能够被致动到用于夹持对象的多个夹持姿势中的一个； 电磁致动器（22)，其包括磁流变弹性体， 其中，所述磁流变弹性体能够根据被施加到所述磁流变弹性体的磁场的可变强度在多 个形状之间进行转换，以及 其中，所述磁流变弹性体的每个形状使所述机械夹具（23)致动到所述夹持姿势中的 一个；以及 力反馈控制器（21)，其能够基于对所述机械夹具（23)的夹持力的估计并基于响应于 所述机械夹具（23)的所述夹持力的对所述对象的负载力的感测来控制被施加到所述磁流 变弹性体的所述磁场的所述可变强度。7. 根据权利要求6所述的力反馈夹持设备，其中，所述机械夹具（23)包括至少一个负 载传感器，所述至少一个负载传感器能够响应于所述机械夹具（23)的所述夹持力来感测 所述对象的所述负载力。8. 根据权利要求6所述的力反馈夹持设备，其中，所述电磁致动器（22)还包括围绕所 述磁流变弹性体缠绕的线圈。9. 根据权利要求6所述的力反馈夹持设备，其中，所述电磁致动器（22)还包括相对于 所述磁流变弹性体的线圈的双极布置。10. 根据权利要求6所述的力反馈夹持设备， 其中，电磁致动器（22)还包括铁芯和围绕所述铁芯缠绕的线圈，以及 其中，所述磁流变弹性体被定位在所述铁芯的空气间隙内。11. 根据权利要求6所述的力反馈夹持设备，其中，被施加到所述磁流变弹性体的所 述磁场的所述可变强度被导出作为对所述机械夹具（23)的所述夹持力的所述估计与响应 于所述机械夹具（23)的所述夹持力的对所述对象的所述负载力的所述感测之间的差的函 数。12. 根据权利要求6所述的力反馈夹持设备，其中，所述机械夹具（23)的所述夹持力是 响应于所述磁场的所述磁流变弹性体的材料刚度的函数。13. -种控制力反馈夹持设备的方法，所述力反馈夹持设备包括机械夹具（23)和包括 磁流变弹性体的电磁致动器（22)，所述方法包括： 向所述磁流变弹性体施加磁场， 其中，所述磁流变弹性体根据磁场的可变强度在多个形状之间进行转换，以及 其中，所述磁流变弹性体的每个形状使所述机械夹具（23)致动到用于夹持所述对象 的多个夹持姿势中的一个；并且 基于对所述机械夹具（23)的夹持力的估计并基于响应于所述机械夹具（23)的所述夹 持力的对所述对象的负载力的感测来控制被施加到所述磁流变弹性体的所述磁场的所述 可变强度。14. 根据权利要求13所述的方法，其中，被施加到所述磁流变弹性体的所述磁场的所 述可变强度被导出作为对所述机械夹具（23)的所述夹持力的所述估计与响应于所述机械 夹具（23)的所述夹持力的对所述对象的所述负载力的所述感测之间的差的函数。15. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述机械夹具（23)的所述夹持力是响应于所 述磁场的所述磁流变弹性体的材料刚度的函数。
【专利摘要】一种力反馈夹持设备采用机械夹具(23)、电磁致动器(22)和力反馈控制器(21)。所述机械夹具(23)能够被致动到用于夹持对象的多个夹持姿势中的一个。所述电磁致动器(22)包括磁流变弹性体(“MRE”)，其中，所述MRE能够根据被施加到MRE的磁场的可变强度在多个形状之间进行转换，并且其中，所述MRE的每个形状使所述机械夹具(23)致动到所述夹持姿势中的一个。所述力反馈控制器(21)能够基于对所述机械夹具(23)的夹持力的估计并基于响应于所述机械夹具(23)的夹持力的对所述对象的负载力的感测来控制被施加到所述MRE的所述磁场的可变强度。
【IPC分类】F16F13/30, A61B17/29
【公开号】CN105228535
【申请号】CN201480019269
【发明人】A·波波维奇, S·卡玛拉卡兰, D·A·斯坦顿
【申请人】皇家飞利浦有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年3月25日
【公告号】EP2981218A1, US20160031091, WO2014155279A1