多维力传感器作为获取空间力和力矩信息的重要载体,在航空航天、国防军事、生物工程和汽车工业等关键领域扮演着重要角色,是智能装备和智能机器人实现与外界环境交互力感知的核心元件之一,有着广泛的应用前景。国内外许多学者对多维力传感器展开了深入研究,且有较多的产品面世,然而系统化的多维力传感器设计和分析方法较为缺乏,成为制约传感器发展的主要障碍。本论文通过将柔顺机构、并联机构和多维测力技术相结合,着重研究柔顺并联多维力传感器的构型设计、机理建模、应变解析和优化设计等问题。为避免多维力传感器设计的盲目性和面向实际测力需求,对基本的力测量单元、柔性铰链和柔顺力测量支链等的类型及特点进行了系统梳理和总结,对基于并联机构构型演化的柔顺并联多维力传感器设计流程进行了阐述,并给出了构型设计实例,进而使传感器的设计和研制过程更具有针对性和更为高效便捷。受多柔性段串联组合设计启发,设计出了大量的混合型柔性铰链,并提出了一种可快速公式化柔度和精度方程的柔性铰链通用解析模型。利用该模型,仅通过基段柔度和简单的矩阵操作便易于评价柔性铰链的转动能力和转动精度。对可实现二维转动的双轴椭圆弧柔性铰链进行了设计,并推导了其闭式柔度公式,该公式适用于20种不同的柔性铰链类型。所提出的柔性铰链分段建模思想和组合设计方法可为新型柔性铰链的设计与分析提供有力的支持。从柔顺并联机构的刚度分析入手,建立了柔顺并联多维力传感器基本柔性单元终端作用载荷与待测外部载荷间的解析关系。通过与力测量单元应变-力映射关系相结合,导出了可精确表征应变点处输出应变与多维感知力/力矩间关系的解析模型,解决了复杂弹性体结构的应变解析难题,为传感器快速设计和评价提供了可定量描述的工具。对一种新型柔顺并联4-PSU六维力传感器弹性体结构进行了设计,推导得到了其应变柔度矩阵元素的解析表达式,并利用非线性遗传优化算法获得了面向测力任务需求的最优传感器性能和最佳参数组合。将多维测力技术和柔顺并联机构相结合,分别建立了可表征柔顺并联机构和集成多维力感知柔顺并联机构驱动力、外部载荷和力测量单元间数学关系的准静态模型,为提高系统的运动精度和可操作性能提供了理论支持。对一种新型集成二维力感知平面两自由度微动平台进行了设计,完成了其桥式位移放大机构和平台位移放大比的分析建模和性能验证,以及传感器的布片组桥和应变解析,从理论和设计实践上验证了所提出的建模和分析方法的可行性与有效性。