航天员在进入太空前，需要进行严格的训练。为了模拟太空中的失重环境，航天员的训练通常是在水下进行的。在训练过程中，出舱是必不可少的训练环节。为保证出舱的顺利进行，同时为分析航天员在空间站操作力的情况提供依据，需要测试扶手/脚限制器的三维力。由于该三维力量程大，且传感器要求体积小、精度高，本文设计了一种一体化的三维力传感器，用于测量航天员在水下模拟失重环境中手臂和脚与环境三维交互力的大小，并将该信息及时反馈给航天员，从而保证空间作业的顺利进行。　　在机械结构设计中，首先确定三维力传感器敏感元件采用弹性体-基座一体化的结构。通过ANSYS有限元分析，确定了弹性体的尺寸以及应变片在弹性体十字梁上的最佳贴片位置。然后根据弹性体、放大电路的尺寸以及信号线和电源线的走向等对三维力传感器其他部分如顶盖、底盖、受力轴进行机械设计。由于测试试验需要在水下进行，为了给三维力传感器采集系统一个密闭的环境，本文设计了一种可有效传递三维力的防水装置。该防水装置由防水耐压筒、筒盖、电缆插头、防水波纹管以及抱轴装置组成。　　在硬件电路设计中，由于惠斯通电桥转化的电压信号都是毫伏级的，不影响传感器的输出精度，需要将电压信号进行滤波、放大处理。将放大后的三路电压信号作为传感器的输出信号，该信号由数据采集卡NET2801进行数据采集，通过以太网传输到上位机上。　　在软件设计中，为了能在上位机上实时的显示和保存标定实验数据，本文设计了一种数据采集软件，该采集软件是基于数据采集卡NET2801，采用可视化的集成开发工具C++Builder编写的。　　对于多维力传感器来说，维间耦合干扰的存在严重影响传感器的精度，为了减少或消除维间耦合，本论文提出了一种基于耦合误差和分段拟合建模的静态解耦算法来对传感器进行解耦。　　最后，为了找出一体化三维力传感器以及防水测力系统各路输出电压与施加在传感器受力轴上力大小和方向的关系，需要对其进行标定。通过标定实验数据知，本课题设计的一体化三维力传感器具有较高的精度，满足设计指标的要求。同时，模拟失重环境的三维力传感器，在防水装置中防水波纹管的存在导致受力轴加长对传感器的精度有一定的影响的情况下，仍能满足设计指标的要求。