微创手术具有切口小、创伤小、术后恢复快等优点,越来越多地被人们所接受。然而,由于外科医生缺少触觉信息的反馈,操作医疗器械时易发生施力过大以致损坏人体组织的问题,有时甚至造成严重的医疗事故。以导管介入微创手术为应用背景,设计微创手术用凸面型触觉传感器。所设计的触觉传感器为凸面型,在凸面上布置敏感元件,用来检测触觉传感器的接触宽度,同时利用力传感器测量它对组织的作用力,再以接触宽度和作用力估算组织的弹性模量。首先,为求解触觉传感器与组织之间的接触问题,基于Eshelby-Stroh公式建立接触模型,根据位移条件和应力条件求解边界值问题,再以整体位移约束法、线性叠加法结合迭代法逐步逼近准确解。其次,将现有的弹性半空间解以及Abaqus仿真作为比较对象,验证凸面型压头触觉感知机理的准确性并分析了算法的适应性。分析结果表明,优化算法适用于正交各向异性材料和各向同性材料,适用于弹性半空间体和有界弹性体,适用于圆弧形压头、楔形压头和倒圆角楔形压头。再次,研究各参数对计算结果的影响,确立合适的参数用于传感器接触模型的设计,并提出了凸面型触觉传感器的设计方法。最后,加工了7个触觉传感器压头,配制3种不同弹性模量的硅胶进行实验验证。通过实验检测结果与硅胶标定结果的比较,确定了触觉感知机理的有效性以及触觉传感器的可行性。