癌症已成为威胁人类健康的主要杀手,目前全球50%的消化道癌症发生在中国。消化道癌症早期诊治尤为关键,早期消化道癌诊治五年生存率达90%以上,晚期消化道癌症五年生存率只有10%,然而中国消化道癌症早诊率低、治疗水平差异大,超过85%的消化道癌症患者在确诊时为中晚期。经自然腔道手术（Natural Orifice Transluminal Endoscopic Surgery,NOTES）具有创伤小、并发症少、恢复快、费用低等优点,是当前诊治早期消化道癌症的重要手段。早期癌症的诊治也对NOTES机器人操作性、普适性、舒适性提出了新的要求,而机器人主操作手的性能对整个手术的质量、效率起着尤为关键的作用。设计出操作性能好、普适性广、人机工程学良好的主操作手对NOTES机器人在早期消化道癌症诊治方面具有十分重要的意义。首先,根据NOTES机器人辅助手术的需要,结合机器人学、人机工程学,分析了主手各构型优缺点,提出了一种面向NOTES机器人辅助手术的新型机器人主操作手设计,采用主从同构构型,具有直线、旋转、偏摆三个自由度,其中为降低系统阻尼,通过平面六杆机构实现主操作手的直线运动。之后对主手机构进行运动学分析与参数化设计,分析其工作空间及奇异性,以避免主手机构到达奇异位置,并通过ANSYS软件采用有限元法对主手机构进行了静力学分析,最后完成主操作手机构各部分的具体机械结构设计。其次,对主操作手的控制及硬件系统进行设计,结合NOTES机器人辅助手术的实际情况,分析并设计了基于主从同构控制的机器人主从控制系统,并对主手硬件系统进行了分析与选型,完成了机器人主操作手系统平台搭建。再次,基于人机工程学,对主操作手操作舒适性进行了分析与评估,分别建立了人体上肢模型与人体上肢动力学模型,提出了基于关节力矩的主操作手操作舒适性评价模型,之后通过人机工程软件DELMIA对该主手进行了快速上肢评估（Rapid upper extremity assessment,RULA）,验证了机器人主手的操作舒适性以及舒适性评价模型的准确性。最后,对主操作手进行了实验研究,通过零位标定实验对主手进行了标定,进行了系统阻尼测量实验、控制精度实验等性能实验,以分析主手关键运动模块的阻尼及控制精度误差。通过表面肌电仪进行了基于表面肌电信号的主手操作舒适性评价实验,分别在传统内镜与机器人主手控制两种模式下进行了肾脏探查模型实验,结合RULA分析结果验证与补充了该主手操作舒适性及舒适性评价模型结果。