中国制造业未来将呈现大量使用工业机器人、生产自动化趋势,工业生产模式也逐渐从机器人执行简单重复性任务变为人与机器人协作工作,完成更广泛的、更复杂的任务。在人机协作机制下,机器人和操作人员并肩工作而无安全围栏隔离,容易发生安全事故。为了确保机器人和人在协作过程中的安全,机器人需要具备感知能力,能够感知周围的环境,及时做出避障或急停响应,实现人机安全协作。面向机器人智能皮肤的柔性触觉传感器的研究正是在这一需求上发展起来的。本文针对机器人安全避障、人机安全协作的需求,设计适用于机器人智能皮肤的柔性触觉传感器。首先基于电容传感原理对柔性触觉传感进行整体方案设计,并通过微加工工艺引入了微结构,提高了传感器的灵敏度,然后设计触觉反馈电路系统,将感知到的触觉信息反馈给机械臂控制中心,实现机械臂的智能安全避障功能。由于该柔性触觉传感器在覆盖面积和大规模商业化应用的局限性,所以本文对其进行方案优化,设计一种适用于大型工业机器人的柔性摩擦电式触觉传感器,并实现了工业机器人的智能安全急停功能。本文主要研究内容如下:(1)基于PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)柔性衬底和PDMS(聚二甲基硅氧烷)柔性介电层设计了一种柔性电容式触觉传感阵列,能够将外界作用力转变为电容输出。通过微加工工艺在介电层上引入四种不同的微结构以提高传感阵列的灵敏度,并测试对比它们的灵敏度,得到最优设计的柔性电容式传感阵列,该传感阵列在0-1N量程内的灵敏度为35.9%/N。(2)基于柔性电容式传感阵列,开发了一种触觉信号反馈电路系统,将传感阵列的电容信号转变为电压信号,并加以处理反馈给机器人控制中心,控制机器人下一步动作,将该系统应用在小型机械臂上并进行了触觉反馈实验,实现了机械臂的智能安全避障功能。(3)对柔性触觉传感阵列进行方案改进,设计了一种能应用到大型工业机器人上的柔性摩擦电式触觉传感器,基于摩擦生电和静电感应机理将外界作用力转化为电压信号,具有面积大、成本低廉、可自供电等优点,并采用卷到卷式紫外压印工艺在摩擦材料PET薄膜上压印微结构形貌,实现了批量化的大面积表面处理工艺,提高了传感阵列的灵敏度。(4)搭建了一种基于柔性摩擦电式传感阵列的触觉反馈系统,包括传感阵列、信号处理模块、继电器控制模块。本文将该触觉信号反馈系统集成到大型工业机器人上并测试,成功实现了机器人的智能安全急停功能,该系统的灵敏度(《0.1184m/s)和实时性(≤1.5ms)都能达到很高水平。