微创手术具有不开腹、创伤小、痛苦小和恢复快等优点,因此在世界范围内得到了广泛地应用。传统微创手术因其存在不可避免的缺陷,在一定程度上限制了其应用和发展:手术器械在切口处的“杠杆”作用使得医生操作的手眼协调性较差;医生长时间操作手术器械容易疲劳;医生手部震颤在手术器械末端被放大,无法完成精细分离、缝合等手术操作。如今,随着机器人技术与微创外科手术技术的结合,改善了手术环境,提高了手术质量。因此,针对传统腹腔微创手术的不足,本文进行了单孔腹腔镜手术机器人系统的关键技术研究将有重要的意义。具体内容如下:首先,叙述了本文设计的主从式单孔腹腔镜手术机器人系统的控制流程,提取整个系统中的四大核心模块:主操作手、从操作手、计算机控制系统、内窥镜图像反馈系统。对于所述从操作手主要有辅助定位支架和末端执行机构两部分,所设计的辅助定位支架由七自由度组成,可灵活调整末端执行机构的姿态。所述末端执行机构由两个夹持机械臂和一套持镜机械臂组成,协调完成手术;介绍了所选主从式控制方法的特点,并介绍了控制系统平台的搭建以及避障的实现方式。其次,针对从操作手末端执行机构中的夹持机械臂,进行了整体结构研究,确定设计所包含的基本组成模块:电机输入模块、机械解耦模块、动力转化模块和末端执行模块。夹持机械臂由六自由度组成,将其安装在伸缩机构上,实现全方位运动;通过分析耦合产生的原因,设计了一款有多组差动轮系组合而成的纯机械解耦机构,详细叙述了其工作原理,并对此解耦机构进行了计算验证;对钢丝和电机进行了计算和选型,通过钢丝拉断实验,验证符合所需要求;对主要承力件进行静力分析,以确保其各部件安全可靠。之后,对夹持机械臂进行运功学模型的建立与分析,采用标准D-H法建立正运动学,并对其工作空间进行分析;通过解析法进行逆运动学分析,求取夹持机械臂速度关系的雅可比矩阵和动力学拉格朗日方程,为后期的运动控制打下了基础。最后,使用ADAMS进行运动学仿真,模拟手术过程中夹持机械臂伸入病灶体内后的基本动作,主要包括末端手术夹子的开合动作、趋向手术部位的运动、远离手术部位的运动、伤口缝合的运动、回归初始位置,以此验证了夹持机械臂运行稳定性,以及结构设计是否满足所需手术要求。