随着现代医学的飞速发展,对疾病的治疗方法也越来越多,越来越新颖。而手术显微镜作为现代医学不可缺少的重要医疗仪器之一,在外科手术中扮演了极其重要的角色。手术显微镜不仅需要优异的光学性能,也需要良好的操作性能,而操作性能的好坏就是由手术显微镜机架来决定。为了减少医生长时间操作手术的疲劳,提高手术的效率和成功率,需要尽可能得让显微镜的操作简单、省力、方便,并不需要耗费太多的体力和时间去完成手术之外的事情。对此,本文结合国内外的研究现状,并参考了相关的资料,设计了一种基于电磁锁紧的自动平衡手术显微镜机架。一键式的自动平衡以及电磁锁紧功能是本机架的新颖之处。首先,在了解了国内外发展现状,并深入研究了手术显微镜机架以及机器人的相关资料的基础上,对机架的整体结构方案进行设计,通过采用多个平行四边形结构,很好地实现了预期的功能要求。杠杆式的重力平衡相对于弹簧平衡来说,也使显微镜具备了更大的操作空间。在此基础上,再对重力平衡机架的主要结构进行了详细的设计,利用SolidWorks完成了重力平衡机架的三维建模。然后,在机架的最恶劣工况下,利用Optistruct对机架的关键零部件进行有限元静力分析,通过观察结构的应力及位移云图,验证了强度刚度都满足设计要求且具有一定的安全裕量。此外,又进一步利用Optistruct中的优化模块对关键零部件的薄壁部分进行尺寸优化。通过设置设计变量、目标函数以及约束条件,依靠软件求解出设计变量的最佳厚度组合。优化结束后,在结构的最大应力以及最大变形都符合要求的前提下,降低了零部件的质量,实现了轻量化设计。最后,利用D-H法建立重力平衡机架的杆件坐标系,推导出该机架的位姿方程,并使用Matlab的机器人工具箱进行仿真验证了运动学正解的准确性。以此作为基础,利用蒙特卡洛法求解出重力平衡机架的工作空间。通过与国内现有的采用弹簧平衡的手术显微镜产品进行对比,发现重力平衡机架具备更广阔的伸展范围,拥有更好的定位灵活性和适应性。