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本发明公开了一种具有过载保护装置的毫微‑牛级二维力微动测试系统，包括测试平台组件、水平滚珠丝杠组件、水平测力传感器组件、竖直滚珠丝杠组件以及连接在竖直滚珠丝杠组件上的竖直测力传感器组件；水平测力传感器组件设置有水平过载保护结构，竖直测力传感器组件设置有竖直过载保护结构。本发明能够测试仿生原型产生的毫‑微牛级法向力、附着力、摩擦力、刺透力、剪切力等，同时能够在测试量程、测试精度、测试准确性等方面满足测试要求。该测试平台及附属机械机构为了防止平行双簧片悬臂梁超过其形变范围设计了过载保护装置，同时平行双簧片悬臂梁作为单独的装置，更换方便，提高了装置的使用性和灵活性。