南林学子研发磁流变液柔顺执行器 探索人机协作安全技术新路径

　　
　　2026年1月，南京林业大学机械电子工程学院磁流变液柔顺执行器实践调研团队，在指导教师王书友带领下，赴江苏省南京市开展为期十天的“返家乡”社会实践调研。团队深入江宁经济技术开发区、江北新区智能制造产业园、麒麟科技创新园，走访埃斯顿自动化、汇川技术、南京韵鼎机电工程有限公司等10余家机器人产业链企业，围绕人机协作安全议题，开展技术交流与产业需求调研。 　　近年来，随着机器人在工业制造、商业服务、医疗康复等领域加速普及，人机共处同一空间的安全性问题日益凸显。2026年春节期间，某商场内一台展示中的机器人与清洁工发生意外碰撞，导致人员跌倒，引发公众广泛关注。国际机器人联合会2025年发布的《全球机器人安全报告》显示，2021年至2025年间，全球共报告人机协作事故327起，其中因机器人关节刚性冲击导致的伤害占比达63%。精密装配领域，刚性冲击带来的不良率约为2%至5%，成为制约企业提质增效的重要瓶颈。
　　“传统位置控制的精度再高，也无法从根本上替代物理柔顺。”在南京韵鼎机电工程有限公司，技术主管向团队展示了精密装配场景的测试视频。当机械臂试图将微型轴承压入轴孔时，由于定位误差或工件尺寸公差，频繁出现卡滞或过盈损伤。该技术主管表示，如果磁流变执行器能实现毫秒级刚度调节，在碰撞瞬间切换至柔顺状态，将从材料层面解决刚性冲击问题。
　　磁流变液是一种可在液态与固态间实现毫秒级可逆转化的智能材料：无磁场作用时呈现液态自由流动特性，施加磁场后可在毫秒级时间内粘度骤增、转变为类固态，且这一过程完全可逆。团队将该材料应用于机器人肘关节、膝关节、腕关节等关键部位，实现关节刚度的主动调控——正常作业时保持刚性以承载负荷，意外碰撞瞬间切换至柔顺状态以缓冲吸收冲击。
　　经实验室测试，团队研发的磁流变执行器响应时间小于15毫秒，较传统串联弹性驱动器方案提升近一个数量级。在碰撞模拟实验中，搭载磁流变关节的机械臂与人体的接触力可控制在150牛顿以内，低于国际标准ISO/TS15066规定的200牛顿疼痛阈值。实验数据表明，从材料层面实现物理柔顺的技术路径具有显著可行性。 　　调研期间，团队系统梳理出当前机器人关节领域的三大核心痛点。其一，刚性冲击问题导致精密装配损伤率居高不下。其二，现有柔顺方案存在明显局限：串联弹性驱动器方案结构复杂、体积大、响应慢；力控方案对传感器精度要求高、算法复杂、成本居高不下。其三，高端执行器仍严重依赖进口，精密减速器国产化率虽有提升，但高精度伺服电机、力矩传感器等核心部件领域，进口品牌仍占据主导地位。
　　基于调研成果，团队提出面向产业实际的三大应用方案。
　　协作机器人关节模块方面，针对制造业场景开发可直接替换现有刚性关节的磁流变模块，实现产线设备柔顺化改造，重点突破精密装配、打磨、抛光等需要力控的作业环节。
　　医疗康复外骨骼执行器方面，利用磁流变液的柔顺特性，使外骨骼能够适应人体自然运动，避免刚性机构带来的二次损伤，并通过刚度调节匹配不同康复阶段的需求。
　　服务机器人安全关节模块方面，面向商场、医院、社区等人机共融场景构建主动安全关节，在机器人意外接触人体时毫秒级切换至柔顺状态，从物理层面保障交互安全。
　　“在实验室我们关注磁场强度、响应时间、刚度变化等技术参数，在企业车间我们看到这些参数如何转化为良品率、能耗指标和工人安全。”团队成员李仕伟表示，此次调研让团队切身体会到科研必须回应真实世界需求。从技术参数到实际应用，从样品研发到产业化落地，材料稳定性、成本控制、可靠性验证等一系列课题需要持续攻关。
　　目前，团队已与企业签订意向订单，计划依托南京机器人产业生态推进中试验证与场景试点。

　　（通讯员 苏宇 李雨珂）