主从式医疗手术机器人中主操作手作为连接操作者与从手的载体,其性能对主从系统工作效果具有重要的影响。在操作过程中,主操作手自身重力会增加操作者提供的驱动力,使操作者易于疲劳,影响系统的稳定性和操作精度,增加了操作难度。主操作手的定位精度也会对整个系统的性能有较大影响。本文针对以上问题,设计了一款具有自重平衡性能的主操作手,对其进行了建模与控制研究,构建了实验平台并进行了实验研究。论文主要研究内容如下:首先,根据主从机器人系统的特点和要求,应用SolidWorks软件设计了一款六自由度主操作手,其中包括三个位置自由度、三个姿态自由度。为实现夹持功能,末端操作手具有开合自由度;前两个位置自由度由平行四边形机构提供,将该机构水平放置,无需进行额外的重力补偿。其它关节机构的重力通过配重和电机进行补偿。其次,对所设计的主操作手进行了运动学和动力学建模,并推导了逆运动学和雅克比矩阵。基于雅克比矩阵,利用可操作度和灵巧度指标对主操作手进行了性能评价。利用SolidWorks中的Motion模块对主操作手动力学进行了仿真研究,并建立了关节摩擦力模型。为实现主操作手重力平衡,基于主操作手动力学模型与关节摩擦模型,设计了重力补偿策略。最后,构建了实验平台,对主操作手性能进行了分析。为提高主操作手位置精度,在运动学分析的基础上,应用旋量理论建立了主操作手运动学误差模型,采用最小二乘法对运动学参数进行了辨识。基于构建的实验平台,进行了运动学参数标定实验。实验结果表明经过运动学参数标定后,主操作手位置精度提升了67.43%。并进行了重力补偿实验,实验结果表明经过重力补偿后,主操作手在工作空间内可以达到随遇平衡,重力补偿效果较好。