多维力传感器凭借其测力信息丰富的优势广泛应用于航空航天、机械加工、生物力学、自动化装配等领域。近年来,随着人工智能和机器人技术的迅速发展,在人机交互、医疗康复等领域对具有柔顺性可变形特性多维力传感器需求日益剧增。本文针对一种刚柔混合大变形并联三维力传感器展开了理论分析和实验研究,主要研究内容如下:首先,将刚柔混合设计理念引入多维力感知技术,将具有力传递关系恒定特性的新型移动并联机构应用到力感知元件设计中,提出了一种刚柔混合大变形并联三维力传感器构型。基于矢量法,推导了传感器所受外载荷与测量分支受力之间的解析映射关系式,揭示了传感器具有可变形特性的本质,基于建立的传统并联多维力传感器测量模型,对比分析了刚柔混合大变形并联三维力传感器所具有的特点。其次,结合多维力传感器静态性能指标,采用数学解析法,研究了刚柔混合大变形并联三维力传感器的各向同性性能;基于传感器可变形范围约束方程,建立了相应优化目标函数,分析了传感器主要结构参数对传感器可变形范围的影响;阐述了传感器测量范围可重构原理,研究了传感器主要结构尺寸对测量范围的影响。再次,基于上述优化结果,详细设计了刚柔混合大变形并联三维力传感器结构,基于3D打印技术加工制造了传感器关键零部件,最终研制出刚柔混合大变形并联三维力传感器样机,并进行了模态分析;在此基础上,搭建了加载标定实验系统。最后,对研制出的传感器样机开展了标定实验,基于实验数据求得了传感器标定矩阵和误差矩阵,分析了传感器的主要性能指标;对传感器进行了偏载实验,研究了外力矩对刚柔混合大变形并联三维力传感器测量精度的影响;在此基础上,对传感器误差产生的来源进行了分析。