触觉传感器是用于机器人中模仿触觉功能的传感器,是机器人感知系统中必不可少的部分,而对三维力的检测是机器人感知外部环境的重要方式。三维力触觉传感器的结构设计是当前三维力触觉传感器研究中需要突破的关键问题,结构对其检测的灵敏度、精确度和解耦速度等特性有影响,合适的结构设计方法对传感器的检测具有积极的影响。本文基于导电橡胶的压敏特性,设计了一种触觉传感器的单元结构,所设计的传感器单元由凸起层、压阻层和电极层组成,根据导电橡胶的压阻效应,分析传感器的检测原理,并借助有限元分析软件对传感器结构进行仿真分析。仿真结果表明,此传感器对压力和剪切力的有效检测范围分别为0-1.3N和0-0.7N。对传感器施加不同角度的力,在一定角度内可以有效检测三维力,并比较施加不同角度力时传感器的灵敏度和有效量程。改变电极结构为叉指电极,并进一步进行有限元分析,结果表明,采用叉指电极可以有效减少体压阻效应对传感器测量结果的影响。利用神经网络对传感器进行解耦分析,对传感器输入层、隐藏层、输出层及其他参数进行设定,得到神经网络的训练结果,经过解耦计算,可知在X、Y、Z方向上训练结果的误差和误差的均方值,并对电极改进前后的误差进行比较,可知采用叉指电极结构的触觉传感器误差较小。为了避免各个方向间的耦合,使触觉传感器的测量更加简便,改进后的触觉传感器单元在分别测量法向力和剪切力时,能够有效降低两者之间的干扰,减少测量误差。通过分析,得到此时触觉传感器对法向力的检测范围为600pa~65kpa,可测得的最小剪切力为900pa。