空间舱内负责空间站精密作业除了需要多自由度的机械臂外,还需要设计五个高仿人程度的灵巧手指。布置在灵巧机械手每个手指指尖处与指间关节处的三维指尖力传感器则实现上述功能,辅助灵巧机械手进行操作过程中的力柔顺控制,保证空间作业顺利进行。本课题根据应用背景与技术指标,并在本实验室多年研究多维力传感器的理论与实验基础上,设计了一种新型的弹性体结构,即传统的十字横梁结构结合中心直梁结构,同时根据尺寸要求设计了底座与顶盖。借助于有限元分析工具ANSYS对传感器的弹性体结构进行静态结构仿真,通过仿真分析优化弹性体的结构尺寸,并确定弹性体结构与配件的尺寸参数与应变片最佳粘贴位置。根据测量要求设计测量各方向力的应变桥路,将作用力变换成信号电压。因为桥路的输出十分微弱,需要对输出信号进行放大和滤波,以收集稳定的电压信号。将放大后的信号通过NET2801构成的数据采集电路发送至上位机,数据采集软件则用于执行数据采集与实时显示。为提高传感器的特性与精度,设计了针对小型传感器的标定设备,通过此装置对传感器采取加载标准砝码的方式进行标定实验。详细地讨论了两种解稱方法:基于维间耦合误差和分段二阶拟合建模的解耦算法与基于BP神经网络的静态非线性解耦方法,并且针对标定数据比较了两种算法的解耦精度,结果表明,算法1解耦精度达到2.101%,算法2解耦精度达到1.235%,所设计的指尖力传感器与技术指标要求相符合,且算法2比算法1的去耦精度更高。然后,根据得到的解耦系数,针对解耦算法1对上位机数据采集软件修改,实现软件自解耦,将采集的电压值转换为力实时显示并自动保存。最后,基于指尖三维力传感器,选用柔性碳纤维棒作触须制作仿生触须传感器,分析位移测量理论,并对传感器开展实验研究进行验证。