柔性电子皮肤是一种可以模仿人类皮肤感知功能的电子器件,在机器人技术、智能假肢、可穿戴设备、运动健康监测等领域得到了广泛的应用。本文依托国家自然科学基金重大研究计划项目“人机共融多模态传感软体操作理论与应用”开展了用于柔性电子皮肤的压力和应变传感器的研究与设计。针对当前应用领域新的需求,对如何提高传感器的敏感特性进行了研究和探讨,取得了以下的研究成果:首先,对当前国内外柔性传感器的研究现状(包括传感器的设计原理、结构材料、制备工艺等)进行阐述和总结。提出了一种基于自组装技术由导电性能优异的多壁碳纳米管和表面有金字塔微结构化的聚二甲基硅氧烷薄膜组成的敏感层基体。改变敏感层基体的电极安装位置,制备了能够对触觉压力强度感知的柔性电阻式压力传感器和对弯曲应变程度感知的柔性应变传感器。其次,完成了传感器灵敏度的优化选择,确定了用于制备传感器敏感层基体的最优自组装层数为10层。通过实验对比,证明了敏感层表面微结构化的设计能够明显提高传感器的灵敏度,是无微结构化结构设计传感器的40倍。搭建了传感器性能测试平台,完成了对柔性压力传感器静动态性能测试和柔性应变传感器的拉伸应变性能测试。压力传感器在0-4kPa有效范围内的灵敏度最高可达-2.65kPa-1,响应时间为80ms,最低压力检测限度为90Pa。应变传感器灵敏度最高可达83.97,有效应变范围为0-65%。最后,搭建了一套基于多柔性传感器的信号采集和反馈系统。该系统由智能手套,信号采集、处理和传输硬件电路以及上位机反馈显示界面组成;设计的信号反馈系统成功地应用到人手抓取物体的动作上,实现了柔性电子皮肤对外部触觉压力强度和关节角度弯曲程度的实时反馈。