传统的医生主导的脊柱手术方式主要为开放式手术,为了充分显露术野,需要将脊柱周围的软组织及肌肉剥离。这种手术方式容易造成患者术后回复周期长,造成肌肉僵硬,肌无力等后遗症。同时医生长期暴露在辐射环境下也会对医护人员健康造成威胁。在巨大市场前景吸引和技术进步的推动下,机器人辅助脊柱微创手术逐渐受到更多的重视及关注。本文主要以小型化,高自主性作为设计的侧重点,设计了一款脊柱微创手术机器人,使其能自主完成部分手术操作,更多的承担手术任务。主要包括以下内容:本文通过对脊柱手术需求等分析,总结出了机器人脊柱微创手术过程,并给出了相应的机器人技术指标。根据技术指标及设计目标对机器人构型进行了分析。主要分析了几种解耦度较高的备选构型,通过分析对比最终设计了混联式的脊柱手术机器人构型,作为最终方案。根据脊柱手术指标及工作空间要求完成了关键主要结构参数的设计,并以集成化的设计思路完成了混联式脊柱手术机器人系统整体机械系统的设计。为了分析机器人的可控性,并为控制算法的编写打下基础,本文进一步根据机器人的构型完成了机器人正逆运动学分析,并利用旋量理论对机器人自由度,及雅可比矩阵进行分析。其中利用旋量理论完成了欧拉角速度雅可比矩阵的推导,给出了雅可比矩阵的解析形式,并分析了混联机器人的公共约束以及机器人奇异性。通过条件数的分析进一步说明了本文所设计的混联式机器人,低耦合,高可控性的优点。接下来完成了机器人感知系统的设计。本文主要以驱动感知一体化为设计思路,对机器人关节位置反馈、力反馈进行分析和设计。其中一体化主要体现在并联部分的驱动十字滑台设计之上,通过将基于带传动的十字滑台与其驱动力感知方案,关节全闭环位置反馈方案进行整合,提出一种两自由度并联柔顺驱动单元。该单元可以实现两自由度高精度的直线伺服控制,以及驱动力的获取。具有一定的应用前景。最后通过MATLAB-ADAMS联合仿真分析验证了机器人在脊柱复杂表面柔顺控制算法的可行性。并根据仿真结果进一步搭建了原型机器人,并设计了机器人控制系统,设计了等效替代实验,对机器人的柔顺控制性能进行了验证。并对实验结果进行分析,为日后的改进提供参考。