针对目前滚动轴承工作中故障发现较晚及不易检测的问题,本文从实时在线力测量角度出发,提出了可以同时在线实时测量轴承的径向载荷和轴向力矩的3-RRR、3-RPR、6-PS平面并联柔铰三维力传感器三种构型。在滚动轴承的工作过程中,通过实时监测轴承的摩擦转矩和径向载荷来判断轴承的运行状况。从而,达到轴承故障诊断和在线实时监测的目的。首先提出了三种适合用于测量轴承径向载荷与摩擦转矩的平面并联柔铰三维力传感器结构。分析了三种平面并联柔铰三维力传感器结构与传感器的测量原理,基于螺旋理论和伪刚体模型建立平面并联柔铰三维力传感器数学模型求解静力映射矩阵。基于多维力传感器性能指标,利用空间模型理论绘制了传感器的各性能指标图谱,分析了传感器结构参数对性能指标的影响。基于全柔串联机构与全柔并联机构刚度模型求解并联三维力传感器的刚度矩阵。然后,基于柔性并联三维力传感器的刚度矩阵和虚功原理求解传感器的静力映射矩阵。最后,用有限元仿真软件进行仿真分析,由仿真值与理论值对比得到模型误差。对所提出的6-PS型平面并联三维力传感器样机做了详细的结构设计,包括6-PS型并联三维力传感器各零部件的设计和装配方法设计。对6-PS型并联三维力传感器样机加载方案做了详细的设计,对重要零部件进行了理论校核计算和有限元仿真分析。研制了6-PS平面并联三维力传感器样机,对其开展了加载标定试验,得到了该新型平面并联三维力传感器的标定矩阵和误差矩阵。本文为开展应用力传感器对滚动轴承的在线实时故障诊断和监测奠定了基础。