基于磁致伸缩效应的触觉传感器具有能同时感知静态和动态力触觉信息、响应速度快等优点,可广泛应用于工业制造、家庭护理等领域。然而目前磁致伸缩触觉传感器仅能进行法向接触力的测量,不能测量切向接触力,机器人进行智能化人机协作却对多维力传感器具有极大需求。本文在悬臂梁式磁致伸缩触觉传感器的基础上设计制作了新型三维力触觉传感器,并将该传感器应用于机器手,模拟人手在无视觉情况下进行抓取物体轮廓检测。基于铁镓合金的逆磁致伸缩效应,设计了悬臂梁式磁致伸缩触觉传感器,建立了传感器输出电压模型。以该传感器为核心设计了3×3的传感器阵列,搭建了磁致伸缩触觉传感器抓取任务实验平台,与商用电阻式传感器进行了对比实验。实验结果表明,磁致伸缩触觉传感器灵敏度为48.87 m V/N,比电阻式传感器最小数值高4倍,响应时间和恢复时间为10 ms,响应速度快6倍,并且具有更好的重复性和稳定性,能够优化机器人的抓取任务。为了实现三维力的测量,在悬臂梁式磁致伸缩传感器的基础上,设计了三维力触觉传感器的结构。结合欧拉-伯努利梁理论,考虑压磁效应,建立了输出电压模型。模型可以表示输出电压与铁镓丝长度、铁镓丝半径、偏置磁场大小相关,与受到的力呈线性关系。基于输出电压模型和传感器工作原理,结合设计目标和仿真实验对传感器的触头结构、铁镓丝长度、永磁体大小和摆放位置等因素进行了优化与调整,并设计了磁致伸缩三维力+三维力矩传感器的结构。制作了磁致伸缩三维力触觉传感器样机,搭建了该传感器静态力和动态力标定实验平台,测试并分析了传感器的输出特性。实验结果表明,该传感器法向力灵敏度为38.25 m V/N,切向力灵敏度为31.5 m V/N,上升时间为35 ms,峰值时间40 ms,响应时间50 ms,超调量5.3%。使用线性和非线性两种算法对传感器输出进行解耦,I类误差最小为3.5%,II类误差最小为1.2%。基于该传感器设计了机器人抓取物体轮廓识别与复现系统,模拟人手在无视觉条件下抓取,实验结果表明,该系统能够准确判断物体轮廓信息,并对物体轮廓准确复现。