多维力传感器可以用于检测空间的力信息,在风洞试验、机器人装配、起落架载荷测试、航天器对接等领域具有重要的应用价值。本文提出了两种机械解耦的并联三维力传感器的新构型,分别建立了其测量模型,并对两种并联三维力传感器进行了具体的结构设计,基于有限元软件对两种并联三维力传感器进行了力学分析,最后搭建了机械解耦并联三维力传感器的标定实验系统并开展了标定研究。主要内容如下:首先,基于钢球的滚动原理提出了两种机械解耦的并联三维力传感器的新构型,推导了理想情况两种机械解耦并联三维力传感器的静力映射关系;分析了测量分支中钢球的滚动测量原理,进而推导了考虑滚动摩阻的机械解耦并联三维力传感器测量模型;最终推导了同时考虑传感器预紧力和滚动摩阻的机械解耦并联三维力传感器综合测量模型。其次,分析了并联三维力传感器的测量性能,基于提出的两种机械解耦的并联三维力传感器的新构型,对其进行了详细的结构设计,同时设计了两种机械解耦并联三维力传感器通用的静态标定加载装置,并进行了关键零部件的强度校核;使用有限元软件对两种机械解耦并联三维力传感器进行了虚拟标定和模态分析。最后,研制了机械解耦并联三维力传感器样机,编写了数据采集系统的采集程序,搭建其静态标定实验系统;进而探究了不同预紧载荷对机械解耦并联三维力传感器测量精度的影响,基于最小二乘法对实验数据进行处理,得到了不同预紧力下传感器的误差矩阵和标定矩阵,对解耦的三维力传感器的研究有一定的参考价值。