微创手术由于其成本低、疼痛少、恢复快等多方面的优点,在过去的几十年中得到了广泛的应用。相比于传统的微创手术,机器人技术在微创外科手术中的应用带来了更精确、直观的人机交互界面,以及远程操作微型器械的能力。然而目前的手术机器人对医生的技术水平要求高,耗材昂贵,同时,手术器械多为刚性器械,不易在弯曲的腔道如鼻腔、口腔和腹腔内完成手术,手术器械的灵活度大大降低。因此,研发尺寸小、具有柔性构架、可以通过弯曲路径的柔性微创手术机器人是当前发展的需求和趋势。针对目前手术机器人所带来的问题,本文在实验室上一代机器人的基础上提出了一种改进的线驱动柔性微创手术机器人的方案。根据手术机器人所需的自由度数目、工作空间范围与要求,设计与优化了手术机器人各关节的尺寸以及整体的结构体系,其中驱动系统改为高编码率伺服电机和高精度微型直线模组的组合,大幅提高了运动精度和控制精度。对设计完成的机器人进行了运动学分析,分别推导出正、逆运动学方程,基于运动学方程,完成机器人的驱动控制系统设计和驱动算法编程,实现了末端执行器的圆周运动和直线运动等控制,并利用Matlab进行仿真,实验对比验证了机械臂的运动精度和空间适应性。并且在实验样机的操作臂上分别加上专用镊子和内窥镜,通过远程操作实现了活检取样这样一个手术操作。由于外科手术中使用的柔性手术机器人需要精确可靠的运动控制以及精确实时的形状重建作为反馈提供给控制系统以执行精准的操作,本文提出了一种基于电磁定位系统的线驱动手术机器人的末端跟踪与形状重建方法。将一个磁感线圈固定在机器人末端,其磁场可以被电磁追踪系统感知,通过磁追踪算法获得末端的方向与位置,利用齐次变换矩阵进行坐标转换,基于贝塞尔曲线的形状重建算法则可以估算出机器人的实时形状,实现机器人的精确运动控制。