外科手术机器人的使用为患者提供了更加稳定、安全的手术治疗,大大提高了手术成功率。柔索驱动由于其传动距离远、惯性小、外形薄、柔韧性好、柔顺性好等特点,能够将其用于设计更加紧凑的微创手术器械,并在狭窄或曲折的环境中进行手术操作,因此被广泛应用于微创外科手术机器人和系统中。但由于手术器械钳体积小、空间窄,难以在末端关节处集成位置检测元件,不易实现末端执行器的直接位置反馈伺服控制,而且由于柔索驱动的应用给系统带来非常明显的非线性特性,如迟滞效应、弹性蠕变等,这给柔索驱动手术器械的精确位置控制带来了相当大的挑战。并且由于各种因素的制约,力检测元件的集成亦存在着诸多困难,难以直接获得微创手术器械末端关节操作力情况。本文以外科手术机器人微创器械为切入点,通过对该器械应用条件和手术环境等因素的分析,研制柔索牵引串联弹性驱动器,以其为对象进行柔索驱动微创手术器械精准运动控制与外力自感知方法的研究。首先,完成滚珠丝杠的闭环控制,实现对驱动柔索的高精度控制,在此基础上对柔索牵引串联弹性驱动器非线性特性进行分析,构建多因素耦合迟滞模型,对其进行前馈迟滞补偿开环控制,提高系统开环控制精度。其次,在较高开环控制精度基础上,提出全闭环位置控制策略,进行柔索牵引串联弹性驱动器微创手术器械高精度运动控制研究。建立柔索牵引串联弹性驱动器动力学模型,通过参数辨识实验获取相关参数,设计关节转角估计器,进行柔索牵引串联弹性驱动器全闭环跟踪控制,实现对关节转角的高精度运动控制,通过跟踪控制实验,验证了所提控制方法可行性与有效性,检验了该控制方法具有较高精度。最后,在全闭环位置控制基础上,提出外力自感知策略,进行柔索牵引串联弹性驱动器微创手术器械外力自感知研究。构建光栅1位置估计器,建立驱动柔索张力扰动模型,设计关节外力估计器,实现系统对关节外力的自感知,通过动静态加载实验,验证了该外力估计方法的可行性与有效性,通过实物触碰实验,验证了该方法能够应用在实际操作中,通过主从位置控制与力反馈实验,验证了该系统具有较好主从位置控制性能,能够实现主手对柔索牵引串联弹性驱动器微创手术器械外力的感知。