柔性触觉传感器被认为是赋予人造物体以人类触觉的一种方式,能够被广泛应用于人工假肢、人工智能、机器人、虚拟现实等领域。目前,关于柔性触觉传感器的研究大多集中在提高传感器的灵敏度和响应范围上,对于三维力触觉感知的相关研究很少,具有三维力触觉感知能力的传感器能够准确的感知空间中力的大小以及方向,这是机械手完成精确抓取、判断物体运动方向等操作的重要参考。传统的力矢量传感器多使用应变片,具有体积大、难以集成等缺点,难以应用于具有复杂结构的表面,并且难以贴附在关节等需要活动的部位。针对这一问题,本文研究了一种柔性三维力触觉传感器,具体的研究工作和内容如下:1.为克服应变片型三维力传感器柔性化的难题,设计一种适用于柔性材料的三维力检测传感器结构。该结构改进了电容式压力传感器的原理,使其具有三维力感知能力。传感单元由具有公共电极的三个电容器组成,通过极板间距的改变来检测压力,通过电容极板的有效面积改变检测切向力大小,通过三个电容的增减状态检测切向力的方向。为简化传感模型,对传感器的理论模型设置了近似条件,并验证了近似条件的合理性。在近似条件下推导了传感器的理论公式,使用有限元分析法进行仿真,指出平面结构的触觉传感器存在的三维力灵敏度不足的问题,在此基础上引入微结构电介质层优化传感器结构。2.为解决器件的可拉伸性不足的问题,对比现有的可拉伸材料,选取具有极高拉伸性的PDMS作为电介质层,Ag NWs作为柔性电极制备了柔性触觉传感器。采用液相多元醇法合成具有高长径比的Ag NWs。为解决器件的封装问题,巧妙利用PDMS的黏性和固化时间较长的特性,实现封装层、介质层的层间贴合。利用理论计算得出的结果,在所制备的柔性触觉传感器中引入微结构电介质层,极大的提高了器件的灵敏度。压力灵敏度为0.55k Pa-1,切向力灵敏度为0.6N-1。经测试,器件具有良好的弯折性、可拉伸性和重复度。3.针对所制备的柔性触觉传感器的输出信号小、寄生电容大等问题,选取AD7746作为电容采集芯片构建了信号采集系统。该系统能同时进行四通道电容信号的采集和显示,对于传感器的商业化应用具有重要意义。