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蓬勃发展的智能机器人技术以及虚拟现实技术，带动了人类对有触觉参与的人机交互模态的强烈需求。为了给机器人操作提供更加全面的信息支持，越来越多的学者和工程技术人员对触觉感知原理和传感机制的研究当中，这就使得可以大规模检测接触面应力变化的柔性触觉传感器逐渐成为研究热点。然而目前柔性触觉传感器大多停留在实验室原型研发阶段，少量产品也因为昂贵的造价、漫长的定制周期和苛刻的使用限制使得该类传感器的推广变得极为困难。 本文面向机器人精细操作应用，围绕柔性触觉传感器与集成系统设计展开了相关理论分析、工艺制备和芯片设计工作。本文立足于高灵敏度实用化设计方向，提出了新型柔性触觉传感器结构，并总结了制备工艺，研制了多款面向机械手抓握应用的原型传感器设计。同时，针对触觉传感器装配环境的复杂性，探索了消除寄生效应和共模噪声的专用接口芯片。本文主要研究内容及创新点如下: 1、在柔性触觉传感器前端方面，提出了一种基于超弹性微结构的新型高密度柔性触觉传感器。该传感器利用高弹性微针体在应力作用下对能量的聚集效应，较传统电容式压力传感器大幅度提高了检测灵敏度和检测范围，并优化了器件老化性能。经测试，传感器灵敏度为76.9％/N，重复误差不高于2.62％，迟滞误差不高于5.25％。另外，该传感器结构单元密度高、通道串扰小，进一步提升集成度的空间较大，适应于精细操作应用。 2、在柔性触觉传感器集成接口方面，提出了优化的双模相消电容数字转换芯片。通过交错时序检测，消除寄生效应、运算放大器不理想因素等带来的测量误差。该芯片设计基于UMC0.18μm标准CMOS工艺库。芯片工作在1.8V，采样频率为46kHz，电流为109.71μA，输出接口具有8.85bit有效位数。在待测电容为10pF，寄生电容为10pF时，Cx∶Cp2比值达到1∶1，测量结果为9.94pF，测量误差仅为0.6％。在不同输入偏置电压下，电容检测误差为0.68％。 3、在柔性触觉传感器集成接口方面，还深入研究了基于Sigma Delta调制器的高精度电容数字转换接口芯片。采用固定输入电压代替调制器中待检测电压，将待测电容代替采样电容，实现电容数字的转换。通过Simulink对Sigma Delta调制器结构建模仿真，采用四阶前馈结构实现本文所需转换接口。该芯片设计基于UMC0.18μm标准CMOS工艺库。该调制器可以达到14.3bit有效位数。 4、在柔性触觉传感器应用方面，对传感器在动态抓握过程中滑动、振动、加载、卸载等环节的输出特性进行了详尽分析。通过小波变换，提取高频特征点，对滑动、振动等特征进行分类，提取时间参考点，供后续操作执行器使用。