近年来,由于微创腹腔镜外科手术机器人具有的精度高、创伤小、感染风险低等优点,广泛应用于外科手术,具备良好的发展前景。而手术机器人的力控制相关内容是其整个系统的重要部分,具有深远的研究意义,主要包含主操作手的自身力平衡、主从手运动空间的边界力算法以及器械-组织交互力检测、力反馈问题,本文将针对上述问题进行深入研究,旨在提高整个微创腹腔镜手术机器人系统的透明性、准确性和安全性。首先,针对主操作手的自身力平衡问题展开研究。根据主操作手自身结构特点,建立了基于递推形式牛顿-欧拉方程的动力学模型,之后通过电机补偿法,即利用主手的各关节电机输出力矩主动对运动时产生的动力学信息,重力、摩擦力和惯性力等进行补偿来实现自平衡。然后使用仿真软件对动力学模型进行了联合仿真验证,并通过实验来验证上述自平衡算法的正确性。解决了医生手术时的疲劳和误操作问题,并为后续研究内容打下基础。其次,针对主从手运动空间的边界力算法分别进行研究。对于主操作手,选取了合适的边界力施加方法,以该力的施加范围为优化目标构建了基于模拟退火算法的优化模型并进行了相关优化。对于从端器械臂,确定了边界力的施加方法,并提出了基于主从映射模型的反馈策略。解决了手术机器人与自身机械限位的硬碰撞问题,提高了手术的安全性与系统的稳定性。再次,针对手术器械与病灶组织交互力的检测与控制开展研究。基于六维力/力矩传感器建立了力检测模型,消除了器械自身的动力学信息带来的误差,并能准确检测器械与组织之间的接触交互力。然后通过主手复现该接触力的方式反馈操作者,实现力反馈功能。接着提出一种力反馈附加位移的补偿算法,通过建立联合主手和人手的力反馈预估补偿模型,对误差进行补偿进而实现精准力反馈技术。解决了目前绝大多数手术机器人系统力反馈功能缺失的问题,极大地提高了医生的力觉临场感与手术的安全性,为今后的临床应用提供可能。最后,搭建了相关研究内容的验证平台进行实验验证。先通过模拟特定的手术动作,验证主从运动空间边界力算法的可实现性。接下来对交互力检测模型的正确性和准确性开展了实验验证。然后进行了主从力反馈实验,通过对比反馈力的峰值等量化指标,验证了力反馈及附加位移补偿算法的有效性。