刘莎莎 王博文 黄文美 翁 玲 高绍阳

仿生磁致伸缩触觉传感阵列设计与输出特性

刘莎莎1,2王博文1,2黄文美1,2翁 玲1,2高绍阳1,2

（1. 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室（河北工业大学） 天津 300130 2. 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室 天津 300130）

受动物毛发的触觉机理启发，该文采用磁敏材料Galfenol细丝设计一种仿生磁致伸缩触觉传感单元。基于逆磁致伸缩效应、线性压磁方程和材料力学原理建立传感单元的输出特性模型，根据模型参数对传感单元进行结构优化以降低空间体积。在COMSOL中搭建传感阵列模型，分析阵列中磁场干扰对输出结果的影响。对3×3传感阵列进行输出特性测试，并将其装载于机械手上进行抓取实验。在=1.6kA/m的偏置磁场下，传感单元在0～3N作用力下传感阵列输出电压呈线性变化，灵敏度为14.52mV/N，响应时间为30ms；在2N作用力下传感阵列的输出电压均值为96.94mV，灵敏度为48.47mV/N。实验结果表明，研制的传感阵列具有良好的稳定性与灵敏度，应用于机械手抓取物体时能够精确感知接触力信息。

Galfenol细丝 磁致伸缩传感单元 传感阵列 触觉感知

0 引言

触觉是人和动物与外界环境交互不可或缺的感觉功能之一，智能机器人可通过触觉传感器实现对接触物体形状、振动、压力大小与分布等信息的感知[1-2]。近年来，国内外研究人员对触觉机理和敏感材料进行不断地深入探究，研发了压电式、压阻式、电容式与光学式传感器。Y. Lee等设计了一种具有高灵敏度和线性度的多层互锁压电薄膜传感器，用于检测0.001 3～353kPa的压力[3]。……