近年来,微创手术在外科手术中占的比重越来越大,但是传统微创手术过程中,医生操作起来易疲劳,而且容易在手术过程中产生误动作。机器人辅助微创手术能有效解决上述问题。在微创手术机器人的研制中,主手研究一直是其中的热点与难点。微创手术机器人对于工作空间大,操作灵活,同时具备力反馈功能的主操作手的需求一直很强烈。本课题结合实际工程背景,研发一款性能优良的力反馈主操作手。本文首先对主手进行功能设计,依据功能设计的结果,对主手进行结构设计。使用增量式映射关系以及“专”字型布置方式完成手臂3自由度结构优化设计,在保证工作空间大小不变的前提下,有效缩短了杆件长度,使得结构更加紧凑。对手腕结构进行设计,详细设计高度集成且具有力反馈功能的4自由度手腕以及手柄夹持机构,完成手腕的具体结构设计工作。对主手进行运动学建模并验证其正确性,利用雅克比矩阵条件数对主手进行优化。使用改进的D-H参数法建立运动学模型,根据此模型计算主手7个自由度的正运动学以及7个关节角度的逆运动学。利用Adams仿真与Matlab计算相对比的方法验证运动学模型的正确性。根据此运动学模型计算该主手的速度雅克比矩阵。选取雅克比矩阵条件数指标验证主手可操作度,结合雅克比矩阵条件数的倒数分析手臂部分奇异位形,并据此对机构参数进行优化设计,优化目标的满足使得目标工作空间具备较高的相对可操作度。对七自由度主手进行动力学建模。使用拉格朗日方程法建立主手3自由度手臂部分的动力学模型,使用凯恩方程法建立4自由度手腕部分的动力学模型。并使用仿真与计算相对比的方式,验证动力学模型的正确性。对主手进行仿真研究。借用Adams动力学仿真,验证主手添加合理配重的必要性。借助Johns Hopkins University的实验结果,计算当主手在进行打结操作时,各关节电机的反馈力矩,计算主手各关节电机的反馈力矩输出情况,为电机的选型提供参考依据。对主手进行模拟缝合操作的综合仿真实验,验证该主手具备很好的实现常规操作的能力,具备较好的动力学特性。