六维力传感器能够同时检测空间六维力/力矩信息,已经广泛应用于航空航天、机器人、工业生产和医疗等各领域。本文以工业生产、机器人领域对高性能六维力传感器的需求为应用背景,针对国内在多维力传感器测量精度、解耦性能方面研究的不足,研制了一款普遍适用于机器人腕关节或机械臂末端,具有高精度、高解耦性能的应变式六维力传感器。首先,基于现有典型弹性体结构的分析,结合柔性铰链机构提出了一种具有高灵敏度和高机械解耦性能的新型弹性体,对其测量和解耦原理进行分析,并针对此结构设计了合理的贴片组桥输出方案,推导出传感器应变柔顺矩阵,还完成了传感器信号处理电路设计。其次,针对弹性体中最关键的柔性机构进行了分析与优化,分别建立了平行四边形和双目型柔性机构刚度公式,并进行理论分析得到结构参数对各柔性机构刚度性能以及弹性体测量解耦性能的影响规律。利用ANSYS中的响应面优化模块完成了弹性体各结构参数的响应面优化设计。然后,利用ANSYS软件对传感器的性能进行了仿真分析,对弹性体分别进行了应力、应变、模态和贴片路径仿真,获得弹性体各项性能参数,验证了弹性体结构设计的合理性,并确定最佳贴片位置。还进行了传感器的六维力加载分析,初步验证传感器的测量和机械解耦性能。最后,制造出六维力传感器样机,搭建静态标定试验系统,完成了传感器标定试验,并利用最小二乘算法对标定试验数据进行算法解耦,获得了传感器标定矩阵,分析得到传感器的各项静态性能指标。标定解耦研究表明,该传感器满足设计指标要求,具有较好的测量和解耦性能。