作为更小创伤手术的范例，单孔腹腔镜手术（SPAS）和经人体自然腔道的内窥镜手术（N.O.T.E.S）同传统的多孔腹腔镜微创手术相比，具有很多优势，诸如更少的术后并发症，给病人更少的痛楚，更好的美容效果与更快的术后恢复。为了满足单孔腹腔镜手术和经自然腔道的内窥镜手术对微小型和灵巧型手术器械的需求，手术机器人被引入到这两种手术过程中。在已有的设计中，一些使用连续体结构的设计展现出了很有前景的成果，即它们既能满足设计的微小化还能满足手术需求的运动学灵巧性。为了更深入地揭示这种连续体操作臂的潜能，本文将通过对比和优化来研究一些连续体结构的运动学性能。本论文从已有的手术机器人设计中提取出了三种连续体手术操作臂的结构，对它们进行了建模和运动学分析，然后比较它们可及运动空间的大小及其在手术功能空间中的末端灵活性的表现。比较的结果揭示了不同连续体手术操作臂的优势和劣势。随后，本论文又对这些连续体操作臂进行了结构上的优化，在同一优化目标下获得了它们最优的结构参数。使用这些最优的结构参数，本论文在一个更公平的前提下继续比较了它们的运动学性能，并对结果进行了分析和讨论。本文展示的结果可以作为为未来连续体手术操作臂研发的设计参考。论文还展示了一款内窥镜型连续体手术机器人的样机设计，设计采取了本论文评价具有较优运动学性能的构型，来展示连续体手术操作臂在实现微小化介入和运动学灵活性上的能力。样机在折叠状态下只有12mm的外径。它能很容易地被导入食道并在胃中翻展开进入工作状态。文章还通过一个主从模式下的缝线打结手术操作仿真，展示了连续体操作臂的灵活性。