Hand exoskeletons have significant potential in labor-intensive fields by mitigating hand grip fatigue, enhancing hand strength, and preventing injuries.However, most traditional hand exoskeletons are driven by motors whose output force is limited under constrained installation conditions. In addition, they also come with the disadvantages of high power consumption, complex and bulky assistive systems, and high instability.In this work, we develop a novel hand exoskeleton integrated with magnetorheological (MR) clutches that offers a high force-to-power ratio to improve grip endurance. The clutch features an enhanced structure design, a micro roller enhancing structure, which can significantly boost output forces. The experimental data demonstrate that the clutch can deliver a peak holding force of 380 N with a consumption of 1.48 W, yielding a force-to-power ratio of 256.75N/W, which is 2.35 times higher than the best reported actuator used for hand exoskeletons. The designed MR hand exoskeleton is highly integrated and comprises an exoskeleton frame, MR clutches, a control unit, and a battery. Evaluations through static grip endurance tests and dynamic carrying and lifting tests confirm that the MR hand exoskeleton can effectively reduce muscle fatigue, extend grip endurance, and minimize injuries. These findings highlight its strong potential for practical applications in repetitive tasks such as carrying and lifting in industrial settings.


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磁流变(Magnetorheological,简称MR)材料是一种流变性能可由磁场控制的新型智能材料。由于其响应快(ms量级)、可逆性好(撤去磁场后,又恢复初始状态)、以及通过调节磁场大小来控制材料的力学性能连续变化,因而近年来在汽车、建筑、振动控制等领域得到广泛应用。
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