随着智能机器人技术和智能假肢技术的发展,柔性触觉传感器以其适应复杂表面结构和实时传感的优势受到了广泛的关注。在实际生活中,智能机器人、生物医疗等方面的一些具体应用场景对柔性触觉传感器提出了三维力检测的要求。目前,现有的柔性三维力触觉传感器研究在平衡测量范围和灵敏度感知方面仍有改善空间,需要设计新型结构,以在一定测力范围内实现三维接触力高灵敏检测。对于涉及到复杂结构设计的传感器而言,层间对准封装方式的探究尚未得到充分关注。在此,本文开展了三维力柔性触觉传感器的结构设计与制备研究。首先,本文对已发表的研究的情况进行了比较与分析,确定了具体的设计方向。其次,设计了基于电容原理的三维力柔性触觉传感器结构,包含表面凸起、图案化的电容电极层、复合结构的中间介电层;并分析其三维力的检测原理。然后,根据设计的结构,探索了分层制造、集合封装的微纳加工工艺流程。最后,对所设计的传感器进行了动态性能、重复性和三维力测量方面的测试与分析。第一章,阐述论文的研究背景和意义,介绍国内外三维力柔性触觉传感器的研究现状,并进行了比较,确定本文的研究目标。第二章,对电容式三维力柔性触觉传感器进行了材料选择和结构设计。在材料选择上,对常用材料进行了比较与选择,测试了不同配比的PDMS材料的杨氏模量并进行相应的选择。在结构设计上,提出了“十”字型电容极板对的结构设计,使得平移错位和受压变形情况下电容极板正对面积基本保持不变;利用了“田”字型墙与微圆柱阵列相结合的复合介电层结构,提供了测量范围、检测灵敏度的调节方式;采用一个表面凸起层对应四个电容的结构,实现三维接触力检测的功能。最后,对整体结构进行了理论分析。第三章,探索出了一套电容式三维力柔性触觉传感器的制备方法。本文主要采用分层制造、集合封装的方式开展传感器的制备制造。通过光刻、磁控溅射等微纳加工工艺在PI薄膜上制备Cr-Cu电容极板结构;通过硅片上光刻-干法刻蚀的加工工艺制备介电层模具,搭建层间对准封装平台,并优化介电层与电容极板层的封装操作;通过模具倒模的方式完成表面凸起层的制备。各个分层结构通过未固化的PDMS进行封装。第四章,为研究柔性触觉传感器的接触力检测性能,本文搭建了电容阵列扫描测量系统,并借助于机械学院的三维力加载实验平台开展了实验测试。研究了传感器的动态响应速度、测量重复性、三维接触力灵敏度测试。实验结果表明本文研制的电容式触觉传感器具有较好的三维接触力检测应用前景。