将机器人技术应用到微创外科手术中能够有效地提高手术质量,降低医生劳动强度,因此,在微创外科手术领域机器人的应用中得到了极大的重视,并已成为医疗机器人领域的研究热点。本文在对手术机器人进行运动学分析的基础上,重点对机器人主从跟随策略及主从运动控制算法进行了相关的理论研究,同时搭建了控制系统软硬件平台,并通过建立仿真环境和进行相关物理实验对本文所提出的软硬件方案进行了验证。本文首先对手术机器人进行运动学方面的研究。利用D-H法建立机器人各个关节的参考坐标系。同时,为了解决手术机器人存在1个冗余自由度,使运动学求解问题变得比较复杂的问题,通过对坐标系分块进行运动学分析。其次,重点对手术机器人主从控制进行了研究,主要包括以下几个方面:硬件方面,构建以PCI总线方式通讯的多功能扩展卡的硬件结构,为主从控制提供性能优良的硬件平台。主从跟随策略方面,为了解决传统的基于运动学反变换法主从控制存在超越函数、求解困难和存在多解而影响主从响应速度的问题,设计基于等效微分变换法的主从跟随策略。同时通过切换主手的方法解决了内窥镜机械臂的主从控制问题。主从运动控制控制方面,1)为了使机器人运行平稳,解决经典轨迹规划方法需要预知运动轨迹,离线计算的问题,设计适合实时主从控制的快速轨迹规划方法;2)对手术机器人进行误差分析,采用有效的误差补偿策略对手术机器人进行误差补偿;3)设计数字滤波器,消除手术医生手部抖动对机器人精度的影响;4)设计基于球形包围盒的碰撞检测算法,解决从手多个臂之间的碰撞问题;5)对主从手进行工作空间分析,确定出合适的主从尺度映射系数;6)设计有效的从手初始标定方法,提高系统精度;7)为了保证手术的安全性,设计有效的运动安全机制。软件方面,采用面向对象的思想,构建易维护、效率高、质量高、易扩展的软件结构,设计人机界面友好、容错性好的软件操作界面。最后,进行仿真与实验研究。在建立了主从操作的仿真环境进行虚拟仿真后,利用已经装配完成的手术机器人,基于以上控制算法进行相关的物理实验。