随着机器人技术日新月异的进步,应用环境对机器人驱动系统及其控制能力展现出越来越严苛的要求。在具备刚性驱动能力的同时,还要求机器人肢体在与外界接触的过程中表现出适当的柔性,在控制系统的集成方面,驱动系统还应当具有感知自身所受扭矩大小的的能力。这样设计出的机器人才能与人类共享同一个工作空间,而不对人类造成意外伤害。在与人频繁的交互过程中,机器人还必须展示出与生物人同等的对任务的处理能力,因此,在这一过程中,机器人对其自身各关节处信息的感知能力至关重要,本文以实验室设计研发的平面扭簧为基础,提出设计一款用于机器人膝关节处的集成扭矩传感器,利用光学原理对膝关节处单自由度的扭矩信息进行感知。主要针对该传感器进行了如下研究工作:1、概述了当前机器人柔顺驱动器的发展状况,详细介绍了多维力传感器的发展及其关键技术。得到本文所使用光学式感知原理的扭矩传感器设计思路。2、从仿真分析结合数学方法出发,通过三维模型的有限元分析结合响应面方法得出本文弹性体(平面扭簧)的数学回归方程,然后再以弹性体应变矩阵条件数最小值为目标进一步优化出适合本文设计扭矩传感器使用的弹性体方案,同时尽量避免对柔顺驱动器力学性能造成显著影响。3、文中详细阐述了响应面方法,这是一种通过中心组合试验来设计平面扭簧结构参数取值,使所有变量值均在试验中心点,然后采用模型评判标准和响应面分析软件拟合弹性体响应值解析式的方法,沟通了弹性体结构参数与应变取值之间的关系。4、根据采用的检测原理,实验分析出温度对其输出影响较大,进而利用混合粒子群算法的BP神经网络进行温度补偿。最后基于设计出的电路使用分析软件进行仿真,结果符合设计预期。平面扭簧在实际环境中必然会存在维间耦合干扰,这些干扰力对于所检测对象来说均是误差组合,因此采用以耦合误差为基础的最小二乘法进行标定解耦。