触觉感知作为机器人的基本感知能力之一,始终是机器人领域关注的焦点。随着机器人技术的飞速发展,多种不同传感机理的触觉传感器应运而生。其中,电容式触觉传感器因灵敏度高、响应速度快、动态范围宽等优势被众多研究人员所采纳。本文针对传统平行电极板结构电容式触觉传感器形变小、电气连接复杂、不易阵列化等缺点,同时为提高同面电极型电容式触觉传感器的初始电容和灵敏度,提出一种同面多叉指电极结构的电容式柔性三维力触觉传感器。为设计出性能优越的同面电极型触觉传感器,对同面电极结构的电容模型进行分析,设计同面叉指电极型触觉传感单元。从理论的角度分析同面叉指电极型传感器输出电容的影响因素,为传感器结构设计奠定了基础。分别对同面叉指电极型和同面双电极型触觉传感单元进行有限元仿真分析,结果表明同面叉指电极型触觉传感器具有初始电容大、灵敏度高的特点。利用有限元软件,从电场分布的角度对同面叉指电极型触觉传感单元性能优越的原因进行解释。基于同面多叉指电极结构,进行三维力触觉传感器的结构设计,并对所设计的传感器进行有限元仿真,得到不同方向力下的电容输出特性。对所设计的传感器进行实物制备,搭建实验标定平台,完成传感器的三维力标定。结合实验标定的数据,利用BP神经网络实现传感器的三维力解耦。结果表明,该传感器不仅具有良好的柔性,还能实现0-10N的三维力检测。为进一步提高传感器的初始电容和灵敏度,改善传感器的输出特性,对传感器分别进行电极层优化和介电层优化。在电极层优化方面,提出蛇形叉指电极、螺旋叉指电极以及锯齿叉指电极结构,利用有限元仿真验证三种不同结构的电极层均可以在一定程度上提高传感器的初始电容和灵敏度。在介电层优化方面,提出倒金字塔阵列结构的介电层和倒圆锥阵列结构的介电层,利用有限元仿真验证两种不同结构的介电层均可以提高传感器电容输出曲线的线性度。本文所做的工作旨在打破传统电容式触觉传感器的平行电极板结构,设计出一种新型同面叉指电极结构的触觉传感器,并对其输出特性进行分析,为研制出性能优良的电容式柔性触觉传感器提供参考。