随着现代机器人技术的发展与医疗水平的快速进步,手术机器人正逐渐应用于微创外科手术领域,相对于传统微创外科手术,机器人辅助手术模式大幅度地提高了手术的执行精度与安全性,使患者的痛楚感大大降低同时缩短了恢复时间。通过深入研究微创外科手术的工作要求,提出一种由医生直接操作机器人末端的微创手术模式,针对该模式完成了被动式7-DOF微创腹腔手术机器人和相关微器械结构设计。机器人末端安装平台具有通用性,可以快速安装腹腔镜及手术钳等不同手术器械。以提高手术精度和节省人力为目标,提出了单臂腹腔内环境图像采集系统与3臂组合型手术协调操作系统两种应用方案。基于7-DOF机械手臂及相关手术器械的构型特点,建立了机构运动学坐标系,推导运动学正、逆解模型。使用Matlab分别搭建了运动学模型和机构模型,进行仿真。通过对比仿真结果中的输入、输出误差,验证机构运动学正、逆解模型的正确性。将机构连杆参数代入正运动学模型,完成了机构末端不动点和手术器械末端操作点的工作空间仿真分析。应用Ansys对机构关键零部件和整体进行有限元仿真分析,根据结果对零部件进行优化设计;检验机构总体静态刚度并得出末端位置与理论值的误差,从而验证机构末端不动点定位精度;对机构整体进行模态分析,结合振源的振动形式和振动频率分析机构发生共振的可能性,通过控制振源的振动频率变化范围来避免机构共振,提高运行精度。根据机器人辅助微创外科手术功能需求,研究了一种多臂协调工作状态下的术前手臂摆位模式。从避免手臂运动干涉和保证末端手术器械工作空间的角度,建立了三项摆位效果评定原则,应用Matlab软件编写m文件并进行了相关仿真分析,最终得到了基于三项评定原则的最优摆位方式。为进一步验证所得到的最优摆位方式的实用性,进行了患者体腔外手术器械工作空间与体腔外医生操作空间的协调仿真分析,证明了最优摆位形式具有良好的可操作性。