随着传感技术的快速发展,高性能柔性传感器特别是柔性三维力触觉传感器在智能机器人、生物医疗和可穿戴设备等方面具有极大的应用价值。现有柔性三维力触觉传感器在动态范围、灵敏度和响应速度方面仍有提升空间,需要通过创新材料、结构和算法来提高传感器性能。本文在对电容原理三维力传感器理论研究的基础上,创新极板微纳结构设计、制备工艺,并进行了性能测试与应用研究。主要内容与创新性结果如下:1.电容式柔性三维力触觉传感器的微结构设计及模拟研究。在对电容式传感器的工作原理及灵敏度影响因素分析的基础上,为了研究介电层微结构对传感器性能的影响,首先设计了金字塔形、圆锥形、穹顶形、圆柱形、方柱形五种微结构介电层。然后,通过Comsol仿真软件分析了微结构的形状、尺寸和排列间距对传感器灵敏度的影响,最终确定了金字塔形微阵列的介电层结构设计。更进一步,将力学参数导入模型,讨论了不同PDMS和Mold Max 25硅胶的力学性能对传感器结构响应速度和灵敏度的影响,最终发现Mold Max 25硅胶作为传感器的介电层材料,表现出高灵敏度和宽动态范围。2.电容式柔性三维力触觉传感器制备及传感输出性能研究。利用光固化3D打印机结合模板法制作微结构介电层以及顶部凸起层,然后采用微电子喷墨打印法制作电极,并搭建传感器三维力加载平台。结果表明,金字塔形结构三维力触觉传感器在X、Y和Z轴三个方向上0～0.8 N、0～0.8 N和0～0.6 N范围内的灵敏度分别为56.47%/N、53.45%/N和90.39%/N。三维力柔性触觉传感器具有快速响应能力（＜60 ms）,并在多次循环测试中表现出良好的循环稳定性。上述传感输出性能的优异性验证了传感器结构设计理论研究结果的正确性。3.三维力柔性触觉传感器的物件抓取及位置检测应用研究。采用三维力测试仪获取了三维力信息与传感器电容值之间的数值关系,完成传感器样品的校准,并将传感器单元与机械手末端执行器相连接,组成了触觉传感器系统,成功实现抓取苹果模型过程中加载力信号的采集,初步获得抓取物体时所施加的三维力大小。将传感器单元扩展为3×3的阵列,利用搭建的电容阵列扫描测量系统,能够监测各单元的电容变化并实时检测物件的位置。电容式三维力柔性触觉传感器阵列的成功实施及其触觉传感器系统的建立,为其在智能穿戴、人机交互和软体机器人方面的应用提供了重要理论参考。