触觉传感器是机器人感知外界信息的重要器件,机器人通过触觉传感器对外界环境变化进行判断,从而做出正确的决策。近年来,高柔性成为触觉传感器的重要发展指标之一,同时触觉传感器的研究更强调模仿人体皮肤的机械合规性和高灵敏度,且智能算法也在传感器数据处理上开始彰显作用。为了研究柔性触觉传感器在结构设计、功能实现以及与智能算法结合上的可能性,本文在对压电效应原理以及有限元充分研究的基础上,设计出新型圆台型敏感单元柔性触觉传感器和新型金字塔型敏感单元柔性触觉传感器,借助有限元分析技术研究了传感器不同的材料选取、不同的几何结构对传感器灵敏度的影响,同时研究了基于柔性触觉传感器的三维力预测和触觉感知。本文研究的主要内容与成果包括:（1）压电效应在有限元中的实现。从压电效应的基本原理和压电效应的基本概念出发,列举了不同的压电效应类型以及压电效应的本构方程与边界条件约束,研究了基于压电效应的传感器等效测量电路和放大电路。阐述了对实际实验进行建模分析的有限元分析技术和基于该技术的实验流程。并在该技术基础上,将压电效应在有限元分析中实验实现。实验结果表明,随着外部载荷的变大,压电模型的电势会随着外载荷同步增大,符合压电效应原理,因此有限元分析可应用于压电柔性触觉传感器的研究。（2）圆台型敏感单元柔性触觉传感器构建及受力预测研究。以压电效应为基础,综合对比了应用于传感器的各项材料的性能,最终选定实验中传感器压电层材料使用聚偏氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride,PVDF）、电极层材料使用铜Cu、保护层和基底层材料使用聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）。在此基础上,设计新型圆台型敏感单元,构建2×2的敏感单元阵列,并将其封装为柔性触觉传感器。实验研究传感器在受到法向力和切向力时,产生的电势和应力大小的映射关系,并基于该映射关系通过进一步的受力分析实验研究了传感器对外力方向的判断和对外力载体的区分。随后,构建了高效的k近邻算法（k-Nearest Neighbor,KNN）对加载于圆台型敏感单元传感器表面的三维力大小进行预测。实验结果表明,基于KNN的传感器三维力预测结果的平均误差不超过4%,KNN能有效对传感器受到的三维力进行预测。（3）金字塔型敏感单元柔性触觉传感器构建及触觉感知分类研究。以压电效应为理论支持,以PVDF、Cu、PDMS分别作为传感器的压电层、电极层、保护层材料,构建金字塔型柔性触觉传感器。为了提高传感器的压电灵敏度,在有限元实验中通过控制变量的方法,研究金字塔型敏感单元传感器各项几何参数对压电灵敏度的影响。通过上述实验结果得出压电灵敏度相对较高的传感器模型,并基于该模型构建传感器阵列结构。在传感器阵列上进行施压位置判断实验和施压状态判断的实验中,借助阵列中各传感器输出的电势数据大小等特征实现了传感器阵列的触觉感知。进一步,构建支持向量机（Support Vector Machines,SVM）来对阵列获取到的触觉类型进行分类,且分类准确率达到98%。