随着机器人技术的应用和发展,机器人技术逐渐应用到了医疗领域,本文介绍了应用于腹腔、胸腔等微创外科的介入式手术机器人的机械结构设计和运动仿真。本文在参考国内外的文献基础上设计了一种串联七自由度的模块化机器人,并对机器人的正逆运动学、雅可比矩阵和灵活工作空间进行了分析,最后用ADAMS仿真软件对机器人的运动学进行了仿真。本文采用具有冗余性的七自由度结构作为机器人的结构形式。运用模块化的设计方法将机器人划分为关节模块和连接模块两类模块,并且设计出了五种不同的关节模块:夹持器模块、俯仰关节模块、回转关节模块、摆动模块和移动关节模块。采用D-H运动学分析方法,求出了机器人的运动学正解;运用几何法给出了机器人运动学逆解的解析解;并且采用矢量积法给出了雅可比矩阵。利用灵活性、灵活度和服务球的概念,求出了机器人的灵活工作空间。本文根据第三关节角的符号将机器人的臂型分为两类,分别求出两种臂型的灵活工作空间,指出了机器人的最佳工作空间。用Matlab软件仿真分析了结构参数对机器人灵活工作空间的影响。最后利用虚拟样机技术对机器人的运动学进行了模拟仿真。用Pro/E软件建立机器人的虚拟三维装配模型,利用Pro/E和ADAMS之间的无缝连接软件M/Pro将Pro/E里的模型导入ADAMS软件中。对机器人两种典型的工作模式进行了运动仿真,给出了机器人各个关节的关节角曲线和关节速度曲线;最后利用ADAMS软件对雅可比矩阵进行了分析验证,证明了雅可比矩阵的正确性。