微创外科手术(Minimally Invasive Surgery, MIS)以其创伤小、可减轻患者痛苦、术后恢复快、医疗成本低等诸多优点在传统外科手术领域中得到广泛应用并迅速发展。而将机器人技术应用到微创外科手术中能够有效地提高手术质量,降低医生劳动强度。因此,在微创外科手术领域机器人的应用得到了极大的重视,并已成为医疗机器人领域的研究热点。结合国家“863”计划资助项目“腹腔微创手术机器人系统研究”,本文对腹腔微创手术机器人从手系统进行详细的结构设计及运动学与动力学分析;在此基础上结合实际手术过程的需要,对机器人臂形设置情况进行相关理论研究;最后,利用ADAMS软件对机器人臂形设置情况以及典型运动方式进行模拟仿真,并进行相关实验研究。本文首先对腹腔微创手术机器人从手系统进行结构设计。在对腹腔微创手术作业进行分析的基础上,确定机器人的最终构型方案,并进行详细的结构设计;结合手术需要对机器人进行臂长优化;根据手术过程中机器人各关节的受力情况,对其关键零部件进行力学分析,并最终选择伺服电机。其次,对腹腔微创手术机器人进行运动学及动力学分析。采用D-H法,求出机器人的运动学正解;运用几何法给出机器人运动学逆解的解析解;采用矢量积法给出机器人的雅可比矩阵;并采用拉格朗日-欧拉法对机器人进行动力学仿真,获得机器人各关节力矩曲线,验证所选电机的合理性。再次,对腹腔微创手术机器人进行术前臂形设置研究。在对冗余自由度机器人进行运动学研究的基础上,给出用于冗余自由度机器人运动学优化的改进的梯度投影算法;结合实际手术需要,分别给出手术器械操作臂臂形设置的目标优化函数以及多臂协调操作臂形设置的目标优化函数,并利用改进的梯度投影算法,采用Matlab软件对机器人臂形设置情况进行仿真研究。最后,利用虚拟样机技术对机器人臂形设置情况及典型运动方式进行模拟仿真,观察机器人的实际运行效果,并绘制关节角曲线,验证机器人臂形设置算法及平行四边形机构设计的合理性;之后,针对已加工出的机器人本体进行相关实验研究。