传统刚度机器人由于可以实现精确控制而广泛应用于现代社会,但由于其缺乏主动变刚度而无法实现更安全的人机协作,因此越来越多的学者将新型智能材料集成应用于传统刚性机器人中以期望通过多模传感信息融合以及复杂的控制算法实现机器人关节的柔顺性。磁流变液(Magneto-Rheological Fluid,MRF)是一种新型智能材料,由于其在磁场作用下具有优良的磁流变液流变特性,因此在很多领域得到了越来越广泛的应用。将磁流变液集成应用于机器人关节,利用磁流变液可控的流变特性,结合复杂的控制算法可以使机器人关节具备主动变刚度特性。本文将针对磁流变液扭矩传递装置应用于机器人关节以及如何实现机器人柔顺关节扭矩控制等相关问题进行研究。本文将以磁流变液为扭矩传递介质,设计一种新型柔顺关节耦合器,在此基础上将柔顺关节耦合器与传统刚性机器人集成于一体,并提出了一种新型磁流变液柔顺关节。搭建了柔顺关节耦合器扭矩传递系统的测试平台,并展开零磁场空载特性、输入励磁电流-输出扭矩特性、恒定扭矩输出特性测试,测试结果表明:本文设计的柔顺关节耦合器具有良好的扭矩传递特性。基于磁流变液扭矩传递理论以及Bingham-Plastic模型建立柔顺关节耦合器扭矩传递的静态模型。在磁场下通过分析软磁材料颗粒的非均匀性易于沉淀的特点,利用自回归原理建立柔顺关节耦合器扭矩传递动态模型,通过MATLAB中System Identification Toolbox辨识得到其传递函数模型。结合柔顺关节耦合器扭矩传递的特点提出将分数阶PID(PI~?D~?)算法用于系统的控制当中,基于分数阶微积分理论的基础,利用Oustaloup滤波算法对分数阶PID的微积分算子做近似处理,并得到其数字化形式。在MATLAB/Simulink中分别建立了分数阶PID和整数阶PID闭环控制的仿真模型。在频域范围内利用理想Bode传递函数作为目标函数的方法推导出分数阶PID控制器的参数。最后仿真结果表明:分数阶PID对柔顺关节耦合器的控制效果要优于整数阶PID控制器。搭建柔顺关节耦合器扭矩控制系统实验平台,对实验平台的硬件和软件的设计过程进行了详细的说明,基于LabVIEW图形化语言编写了分数阶PID控制和整数阶PID控制程序,在此基础上展开了柔顺关节耦合器扭矩传递控制实验研究,实验结果表明:本文建立的柔顺关节耦合器静态模型是合理的,分数阶PID和整数阶PID控制策略对柔顺关节耦合器扭矩传递控制均有较好的效果,但分数阶PID控制策略要优于整数阶PID控制策略。