本文是一篇硕士学位论文，题为《磁致伸缩触觉传感器阵列及其在机械手抓取物体中的应用》，作者为河北工业大学电气工程专业的王亮，指导教师为翁玲教授。论文于2021年5月完成，并得到了国家自然科学基金和河北省自然科学基金的资助。论文的主要研究内容围绕磁致伸缩触觉传感器的设计、优化及其在机械手抓取物体中的应用展开。
触觉是人类感知外界环境的重要方式之一，尤其在机器人领域，触觉传感器是实现机器人与环境交互的关键技术。随着智能机器人、工业现代化和家庭服务机器人等领域的快速发展，触觉传感器的需求日益增加。然而，现有的触觉传感器在灵敏度、响应速度、空间信息获取等方面仍存在诸多技术难题。本文基于新型磁致伸缩材料铁镓合金（Fe83Ga17），设计了一种高灵敏度、高可靠性的触觉传感器阵列，并通过实验验证了其在机械手抓取物体中的应用效果。
论文的主要研究内容包括以下几个方面：
磁致伸缩触觉传感单元的设计与建模
论文从仿生学角度出发，结合生物学感知机理和磁致伸缩材料的特性，设计了磁致伸缩触觉传感单元的结构，并建立了其输出电压模型。通过实验确定了铁镓丝的最佳偏置磁场为1.908 kA/m，并测试了压力、铁镓丝长度和直径对电压输出的影响。实验数据与理论计算结果基本一致，验证了模型的准确性。
磁致伸缩触觉传感器阵列的设计与优化
为了检测多触点信息并便于与机械手的集成，论文设计了一种尺寸小、测量范围大、灵敏度高的多触点磁致伸缩触觉传感器阵列。该阵列采用铁镓丝作为核心传感元件，集成了2×2的传感器阵列，测量范围为0~3 N，最大输出电压为345 mV，灵敏度为115 mV/N。通过仿真软件优化了阵列单元间的间距和磁场分布，减少了电磁干扰。
传感器阵列在机械手抓取物体中的应用
论文将设计的触觉传感器阵列安装到机械手指上，测试了其在抓取物体时的输出特性。通过8通道的输出电压值，可以获取抓取力的大小和分布。实验结果表明，传感器阵列能够有效区分不同硬度物体的抓取力，并通过优化抓取算法，实现了机械手对生活物品的精准抓取任务。
磁致伸缩触觉传感单元的性能
实验结果表明，磁致伸缩触觉传感单元具有较高的灵敏度和可靠性，能够实现接触力的大量程检测。通过优化设计，传感单元的输出电压与理论模型基本一致，验证了其在实际应用中的可行性。
传感器阵列的性能
设计的2×2磁致伸缩触觉传感器阵列具有较高的灵敏度和测量范围，能够有效检测多触点信息。通过仿真和实验验证，阵列单元间的电磁干扰得到了有效控制，确保了传感器的稳定性和可靠性。
机械手抓取物体的应用效果
将传感器阵列应用于机械手抓取物体时，能够通过输出电压值精确获取抓取力的大小和分布，并区分不同硬度物体的抓取力。实验结果表明，传感器阵列在机械手抓取任务中具有较高的应用价值，能够有效提升机械手的操作精度和智能化水平。
本文的研究具有重要的科学价值和应用价值。首先，基于新型磁致伸缩材料铁镓合金设计的触觉传感器阵列，具有高灵敏度、高可靠性和大量程检测能力，为触觉传感器的研究提供了新的思路和方法。其次，通过将传感器阵列应用于机械手抓取物体，验证了其在智能机器人领域的应用潜力，特别是在家庭服务、工业制造和医疗护理等领域，具有广泛的应用前景。
新型材料的应用
本文首次将铁镓合金（Fe83Ga17）应用于触觉传感器的设计，充分利用了其高磁致伸缩效应和良好的机械性能，显著提升了传感器的灵敏度和可靠性。
仿生学设计
论文从仿生学角度出发，结合人类皮肤的触觉感知机理，设计了磁致伸缩触觉传感单元的结构，实现了传感器的高效感知和响应。
多触点传感器阵列的设计
通过优化阵列单元间的间距和磁场分布，设计了一种高灵敏度的多触点磁致伸缩触觉传感器阵列，能够有效检测多触点信息，并应用于机械手抓取物体。
机械手抓取任务的实现
论文通过实验验证了传感器阵列在机械手抓取物体中的应用效果，展示了其在智能机器人领域的应用潜力。
本文通过理论建模、实验验证和应用测试，系统地研究了磁致伸缩触觉传感器阵列的设计与优化，并成功将其应用于机械手抓取物体。研究成果为触觉传感器的进一步发展提供了新的思路和方法，具有重要的科学价值和应用价值。