随着机器人行业的智能化趋势发展，关节中嵌入力矩传感器成为发展的需要。其要求的力矩传感器为尺寸小、质量轻的高集成的力矩传感器，而现有的商业力矩传感器尺寸大、价格昂贵、不易定制，难以应用于关节中。在此背景下，选用了非接触式测量的光电式测量原理，展开了高集成度多维光电式力矩传感器的研究。目前，光电式力矩传感已经成为国内外研究热点并取得一定的成效。但仍有一些方面有待进一步发展研究。例如，维数少，目前多在一维研究阶段;多测量单元的布局方案单一;弹性元件的构型单一，存在多维维间刚度不匹配问题;基于新型测量系统和新型本体构型，多维解耦解决方案不够成熟。针对光电式力矩传感器发展中的不足，本文展开高集成度三维光电式力矩传感器研究。本文开展的主要研究工作如下:　　首先，对三维光电式力矩传感器的多测量单元布局方案和弹性元件进行设计。提出了多测量单元平立分组、差分正交多测量单元布局方案，隔离了多维测量，降低维间耦合，抵消了部分存在的维间耦合，同时提高了抗噪性，降低了温漂。提出了直梁化曲的方案，解决维间刚度不匹配的问题。通过有限元仿真表明，证明了直梁化曲有效性，优化了维间刚度匹配，减小最大应力，提高了弹性元件性能及可靠性。　　然后，对所设计的三维光电式力矩传感器的数据采集及调试系统进行设计。数据采集板实现了多路信号采集并支持多种通信方式;上位机软件实现采集数据的数据库形式保存，误差曲线的显示，并可以实现解耦矩阵的重写。在此基础上，进行了数据采集并进行维间解耦研究，证明了先基于多测量单元布局方案理论分析进行数据预处理，后基于神经网络法求解解耦矩阵的解耦方案是有效可行的。　　最后，搭建试验平台，对所设计的三维光电式力矩传感器进行试验研究，得到其线性度、灵敏度等静态特性，证明其满足设计要求。