手术机器人从操作手主动臂远心机构是微创手术机器人系统的核心部件之一,远心机构的机械结构设计优劣直接影响微创手术机器人的性能,同时也制约着机器人系统中其他部件的研发与设计。本文对微创手术机器人主动臂进行详细的结构设计、运动学分析、重力补偿与人机交互研究以及手术操作运动的仿真分析与性能验证。首先,对内窥镜手术机器人进行详细的机械结构设计。分析国内外对远程运动中心机构的研究现状,综合考虑各类远心机构的优缺点,提出一种新型的远心机构,采用同步带代替传统双平行四边形远心机构的小臂,构建新型远心机构,继承双平行四边形RCM机构的高精度定位和双同步带RCM机构的结构紧凑的优点。其次,构建完整的机器人主动臂的运动学模型。基于D-H参数法建立内窥镜手术机器人主动臂远心机构的运动学方程。求解从操作手主动臂的运动学正解和逆解,并求解速度雅克比矩阵,为后期人机交互控制奠定基础。基于MATLAB采用蒙特卡洛法求解主动臂远心机构的工作空间,结合Sim Mechanics采用仿真法求解主动臂远心机构的工作空间,分别采用数值法与仿真法求解主动臂工作空间并对比分析其结果,工作空间求解结果满足手术操作要求。再次,开展从操作手主动臂的重力补偿分析。对从操作手主动臂远心机构的大臂和小臂进行被动式重力补偿,提出拉簧-绳轮组合机构的被动重力补偿方式。依托ADAMS构建虚拟仿真模型,分析对比重力补偿前后远心机构运动性能、电机驱动力矩和末端定位精度的变化,验证拉簧-绳轮组合机构方式重力补偿的可行性,提高主动臂的反向驱动性,为手术机器人从操作手主动臂人机交互奠定基础。基于模糊强化学习的算法模型,对主动臂进行人机交互控制。仿真结果表明,基于模糊学习的变导纳控制模型可实现柔顺自然的机械臂摆位操作,能够满足人机交互过程中各阶段的阻尼变化需求,具有较高的可控性和稳定性。最后,完成手术机器人从操作手主动臂的虚拟手术操作。基于ADAMS建立从操作手主动臂的虚拟仿真模型,模拟主动臂微创手术操作。研究主动臂远心机构作横滚、俯仰和移动运动时,内窥镜的运动平稳性和不动点定位精度的变化。再者,在远心机构作横滚和俯仰联合运动状态下,研究关节驱动电机输出力矩的变化、内窥镜的角速度与质心速度变化。分析手术器械运动延迟性产生的原因,并提出计算内窥镜运动延迟性的方法。仿真结果表明,基于新型远心机构构建的内窥镜手术机器人主动臂能够较好的完成微创手术操作。