智能化是机器人技术最新发展的一个重要方向,而实现智能化的一个关键技术——触觉传感器技术,是制约其发展的重要因素。对于人类触觉的模拟,既要满足三维力测量的高灵敏度,又要有人类皮肤的柔性。目前针对强力信号(>10 kPa)的检测技术已经成熟,而对于弱力(<5 kPa)及三维力信号的检测仍需研究,同时柔性传感器器件制造水平仍需提高。鉴于此,本课题拟采用阵列结构化的石墨烯薄膜作为力学敏感材料,通过优化设计传感器的结构和制造工艺,制备出高性能力学传感器,并采用一体化的信号采集系统,实现力学信号的快速采集与分析。利用材料的界面压阻效应,设计了一种基于石墨烯的柔性三维力触觉传感器。传感器总体结构包括表面凸起层、压阻层和柔性电极三个部分。对界面电阻产生的机理进行了分析,研究了传感器三维力检测原理。进一步利用硅光刻技术、湿法刻蚀工艺、反拷铸膜法和层层自组装技术(Layer-By-Layer,LBL)制作了带有石墨烯薄膜的压阻层。设计并制备出了柔性电极层,将各部分组装成柔性三维力传感器的压阻单元;分别对其进行了正压力与任意三维力的检测性能测试。当接触压力小于500 Pa时,传感器灵敏度为-1.71KPa-1,500~5000 Pa时,传感器灵敏度为-0.0178 KPa-1;响应和回复时间分别为7.5ms和7.4 ms;传感器可实现对正压力、剪切力、空间任意方向力的快速和高灵敏度检测,其最低检测限为2 Pa,且具有良好的稳定性。进一步搭建了阵列触觉传感器的信号采集电路,首先利用分压的方式设计了信号检出电路,然后通过高速选通芯片CD4051对每个阵列传感单元的输出信号进行采集。利用STM32单片机的A/D模数转换器实现信号由模拟量到数字量转换,使用STM32单片机对数字信号处理分析,最后将输出信号通过PC显示出来。最后对触觉传感器进行了耦合分析,分析结果表明传感器的耦合计算结果受到设计原理、测量方式和传感器制造装配精度的影响,因此,每个方向的输出信号会受到多个外界因素的干扰。鉴于此,采用了BP神经网络对触觉传感器进行了解耦研究。解耦计算结果的最大误差为4.3%FS,最后编写了解耦界面。