微创是外科学不变的准则，也是外科界所追求的较高境界。秉承于此，其经历了从原始的开放式手术到被誉为“第二次革命”的腹腔镜微创手术的转变。在治愈患者病痛的同时，最大限度地减小其医源性创伤，是医学发展永恒的旋律。微创外科手术机器人正是在这样的背景下应运而生的。微创外科手术机器人是当今外科手术发展的前沿科技。主操作手是医生对手术机器人进行控制的直接“界面”。在手术过程中，医生要自始至终通过主操作手控制从操作手和手术器械。因此，主操作手的性能将直接影响手术的质量。本文的主要内容如下：针对人体腹腔镜微创手术的工作空间以及在实际手术过程中医生手部动作的特点，确定主操作手的性能指标与设计准则，进而完成主操作手结构方案设计。运用改进D-H法对主操作手机构进行正逆运动学求解，通过主操作手雅克比矩阵分析计算主手的条件数和可操作度，进而确定主操作手主要参数，并进行运动学仿真与工作空间分析，最终确定主操作手的结构。根据所提出的主操作手结构，完成主操作手详细结构设计，解决关节多级丝传动布局、电机前置布局、丝传动张紧等设计问题，实现电器电缆与结构的一体化设计，完成主操作手的装配与性能测试。建立主操作手的静力学模型，并确定主操作手位姿与主手连杆保持重力平衡各关节所需补偿力矩的数学表达式，仿真分析主操作手三维模型中各关节的驱动力矩，验证数学表达式的正确性。建立经典摩擦模型，通过实验辨识摩擦模型的静摩擦参数，最终建立各关节重力与摩擦力前馈补偿控制策略。通过主操作手末端轨迹跟踪、主从跟踪试验，验证主操作手运动学以及主从操作映射的正确性。