近年来,人机交互、可穿戴电子设备、电子皮肤等技术领域取得飞速发展,触觉传感器作为其关键部件而备受关注。随着触觉传感器应用领域不断地拓展,对其性能提出了更高的要求,在一些应用场景中需要其具备识别三维力的功能。聚偏氟乙烯(PVDF)具有柔韧性好、频响范围宽、抗腐蚀性等优点,是目前柔性压电式触觉传感器的主要材料之一。本文针对PVDF触觉传感器阵列设计了一个信号处理系统,并以PVDF触觉传感器作为感知阵元设计了一种半球体结构的三维力传感器,将两者组成三维力检测系统。本文研究的主要内容与成果包括:1.设计并制作了PVDF传感器阵列的信号采集电路系统,包括电荷放大模块、多通道选通模块、电压提升模块、单片机及A/D(analog to digital)模块和数据传输模块,该电路系统在单片机的控制下采集PVDF传感器阵列的信号,将数据传输至上位机。2.基于Winform开发平台设计了一个Windows应用软件,该软件接收电路传输至上位机的数据,对数据进行处理,最后将相关信息实时地显示在软件界面上,包括各通道数据波形的显示,力在PVDF传感器阵列上的分布显示,以及三维力信息的显示。信号处理系统由电路和软件两部分构成,能够采集的电荷范围为-2.5 n C～2.5 n C,精度为5p C左右,可同时处理八个通道的信号,各通道的数据处理速度为200/s,能较为完整地还原10 Hz以下的信号波形,适用于手部抓取识别,足底压力分布显示等信号频率较低的应用场景。3.设计并制备了两种不同尺寸的半球结构三维力传感器,两种传感器的半球直径分别为1.8 cm和3 cm,推导了三维力信息计算过程,将算法写入信号处理系统,对三维力传感器进行标定得到三维力算法的相关参数。将三维力传感器与信号处理系统组成三维力检测系统,并对其进行测试,测试结果显示半球直径为3 cm的三维力传感器所组成的检测系统的识别能力较好,其测量误差范围为7.27%±4.35%,对三维力坐标系中X、Y、Z轴方向分力的灵敏度分别为0.216 V/N、0.287 V/N、0.091V/N,在X、Y、Z轴方向上的分辨力分别为0.046 N、0.035 N、0.110 N,能够较为准确地识别0～15 N的三维力。