为了实现对不同物体表面微观结构的检测, 并判断出不同物体的粗糙度和细密度, 利用铁镓合金材料(Galfenol)的逆磁致伸缩效应设计并制作了一种高精度和高响应的纹理探测触觉传感器。基于欧拉-伯努利梁结构动力学理论、磁致伸缩材料线性本构方程和法拉第电磁感应定律建立了纹理表面微观结构与输出电压之间的关系。实验结果表明: 在粗糙度大于6.5的范围内, 传感器可以精确识别物体的粗糙度; 在细密度大于6的范围内, 提取谐波频率的方法对细密度的识别具有较高的灵敏度; 在细密度小于6的范围内, 提取功率谱重心的方法对细密度的识别具有较高的灵敏度。因此, 利用传感器获得的信号, 通过特征值提取可以表征物体的粗糙-光滑、稀疏-细密属性。

研究了铁镓合金(Galfenol)的磁致伸缩特性, 提出一种基于Galfenol的新型磁致伸缩压力传感器,以实现机器人的触觉力精确感知。该传感器利用磁致伸缩逆效应将压力转换为电压信号, 从而完成对压力的精确测量。设计、制作了磁致伸缩压力传感器, 采用双永磁体回形磁路优化了压力传感器的磁场。对传感器进行了理论分析与实验研究, 讨论了偏置条件、外压力等因素对输出电压峰值的影响。实验结果表明, 在偏置磁场为4.8 kA/m、施加的压力为2.5 Hz、6 N时, 传感器的输出电压峰值达16 mV, 且输出电压峰值与压力呈较好的线性关系。研制的传感器具有结构简单、线性度好、反应速度快等特点, 可以满足机器人触觉感知的需求, 也可应用于其他领域的压力测量。