电子皮肤的三维力（3D Force / 3D Force Vectors）感知，是指电子皮肤不仅能检测垂直于表面的法向压力（Z轴力），还能同时检测平行于表面的切向摩擦力或剪切力（X轴、Y轴力）。
换句话来说，电子皮肤三维力就是让机器像人的皮肤一样，不光知道“被按了”，还知道“往哪个方向用力、用了多大、有没有在滑”。
三维力触觉的核心技术门槛是“维间解耦”：三个方向的力作用于同一传感单元时会产生信号耦合干扰，需要通过结构设计或算法将三个力分量独立、准确地分离出来。
传感器通过微纳金字塔结构解耦三轴力的原理
1. 压阻式三维力触觉方案
采用中心对称分布的多个压阻敏感单元（通常为 4 组），法向力作用时所有单元电阻同步变化，切向力作用时两侧单元电阻呈现反向变化趋势，通过求和与差分运算即可分离法向与切向分量，是柔性电子皮肤中最常用的方案。
上图为典型压阻式三维力传感机理：(a) 空间力分解为法向 Fz 与切向 Fx/Fy；(b) 法向力作用时，4 个压阻单元 R1-R4 受压力同步变化；(c)(d) 切向力作用时，两侧单元呈现反向的电阻变化趋势，通过差分运算即可解耦出两个切向分量。
上图为金字塔结构压阻传感器的解耦原理：法向力在底面产生对称均匀的应力分布，切向力产生梯度化的应力分布；通过底部四电极采集的信号，法向力正比于平均压力，切向力正比于压力梯度，可实时解耦三轴力。
2. 电容式三维力触觉方案
借助金字塔、波纹管等微结构弹性介质与多组电极，不同方向的力会改变对应电极对的间距或正对面积，通过电容变化的空间分布特征反推三维力的大小与方向，灵敏度通常更高。
上图为电容式三维力传感器的极板布局：中心两组电极负责法向力检测，X、Y 方向的侧边电极分别对应两个切向方向的剪切力检测，从物理布局上降低维间耦合干扰。
3. 磁感应式三维力触觉方案
利用磁体与磁传感单元的相对位移实现力检测，部分方案采用特殊磁化结构（如 Halbach 阵列）可在物理层面实现自解耦，大幅降低后续算法的计算量，响应速度更快。
上图为柔性磁感应三维力传感器分层结构：顶层弹性体嵌入磁体，底层布置 4 个霍尔效应传感器；法向力使磁体垂直靠近传感器，切向力使磁体水平偏移，通过四个传感器的磁场数值差异即可计算出力的大小与方向。
4. 应变式三维力触觉方案
多用于刚性三维力传感器，在弹性体上正交排布应变片，不同方向的力会使对应应变梁产生形变，将应变转化为电信号后配合解耦算法输出三分量，工业场景应用较多。
上图为马耳他十字结构应变式三维力传感器：中心刚性杆承接外力，四条辐射状弹性梁上分别粘贴应变片；Z 向力使四条梁同步弯曲，X/Y 向力使对应方向的梁产生差异化形变，通过应变信号的组合运算实现三轴力解耦，多用于刚性工业场景。
来源：艾邦机器人综合整理
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