针对医疗辅助机械臂在工作时的设计要求,在气动锁紧机构与医疗辅助机械臂环形小臂关节处采用球铰结构方案。球铰接在平时状态下是受摩擦力的作用处于锁死状态,当工作末端需要移动时摩擦力能够迅速消失,球铰接能够快速解锁。球铰结构的球头在平常状态下受预紧力的作用被锁死在球碗中,当需要解锁时,高压气体通入抵消预紧力,球头与球碗之间的摩擦力消失,这样就实现了解锁功能。

设计了一种基于磁流变液的扭矩可控的多自由度球铰结构并进行了初步实验研究。研究结合有限元分析对该结构在静态磁场下的磁感应强度分布进行了仿真,变换不同的仿真条件对改变设计参数后结构的性能进行了对比,并搭建了基于拉压力传感器的测试系统,对所设计的结构进行了测试。实验结果表明,使用自制体积比率50%的磁流变液,通过控制外加电流,该球铰扭矩可在0.14到1.85 Nm连续变化。连续工作时可靠性较高,重复性较好,球铰的扭矩相对漂移约4%,在相同条件参数下工作扭矩相对漂移约2%。所设计的结构比与其他扭矩控制结构可更高效提供阻力矩,对该设计的改进方案也进行了讨论。