触觉传感器可以检测压力、摩擦、滑移、温度和物体形状等信息,广泛应用于智能电子设备、医疗器械以及机器人工业领域。由于它不仅能够检测接触压力、相对滑移等信息,还能够提取所接触物体的形状、大小以及刚度信息,准确提取物体的物理特征,因此广泛应用于机械手或机器人皮肤,实现触觉感知功能。针对现有触觉传感器解耦困难、功能单一等缺陷,本论文设计了一种基于自身结构解耦的MEMS多维触觉传感器,能够实现三维力和二维力矩信号的精确检测,并且多信号的输出几乎无耦合,主要创新点在于设计特殊的电极结构与布局,实现了多维度触觉信号的检测与解耦。本论文的主要研究内容如下:为了实现多参量触觉信号检测,本文设计了基于电容式的多维度信号感知的触觉传感器,其结构主要包括中心质量块、U型梁、检测电极质量块、固定锚点、玻璃极板以及固定在玻璃基板上的金属电极。其中中心质量块作为信号敏感单元,用于感知外界触觉信号;U型梁用于支撑中心质量块,并将其连接到固定锚点;传感器电极层分别溅射在玻璃基板和硅基锚点上。传感器的感知原理主要包括:外界切向力通过改变栅型电容极板面积实现检测;外界法向力通过改变平行板电容间距实现检测;外界力矩通过改变倾斜极板与衬底间距实现检测。而解耦原理是:当切向力信号作用在所设计的传感器上时,只改变电容正对面积;而小最大量程力矩信号只改变极板间距,进而通过器件结构从传感机理上实现了切向力、力矩信号的解耦。为了阐述器件性能,本文采用ANSYS软件对多维触觉传感器进行了模态仿真,仿真结果表明,触觉传感器的一阶谐振频率大于5000 Hz,具有较宽的工作频带和良好的抗共振性能。触觉传感器的前五阶模态振型与三轴力和二维力矩的位移状态相符合,满足最初的设计要求。二阶谐振频率与三阶谐振频率接近,其对应的模态振型分别为沿X轴旋转和沿Y轴旋转,因此触觉传感器对X轴与Y轴的力矩检测具有相同的灵敏度。同样地,四阶谐振频率和五阶谐振频率接近,其对应的模态振型分别为沿Y轴平移和沿X轴平移,因此触觉传感器对X方向与Y方向的力检测具有相同的灵敏度。为优化触觉传感器的性能,采用COMSOL软件对外界激励信号作用下,触觉传感器敏感单元进行了位移仿真和结构优化。结果表明:（1）增大U型梁宽度能够提高检测最大量程,却会降低灵敏度;（2）增大U型梁长度能够通过降低弹性系数而提高灵敏度,却降低了最大量程。（3）一定程度上降低体硅的厚度能够提高器件灵敏度。根据设计要求和仿真结果,优化后的触觉传感器切向力、法向力和力矩的检测灵敏度分别是163.3 f F/N、2.4 f F/m N、5.7 f F/m N·m,对应的最大量程为1.05 N、80m N、0.26 m N·m。对于小型MEMS器件,电容的边缘效应对器件的输出性能的影响是不可忽略的。为了降低影响,本文采用电磁场分析软件ANSYS Electronics Desktop对栅型差分电容的边缘效应进行了仿真,对比分析结果表明:一组栅型差分电容的边缘效应小于平行板式电容,而且差分结构能够有效改善栅型电容的整体非线性;适当减小极板间距,也能改善电容线性度。最后,根据理论分析和仿真优化结果,本文设计了MEMS多维触觉传感器的具体工艺流程,并绘制了器件加工版图。