随着机器人技术发展和医疗水平提高,机器人辅助手术模式广泛应用于微创外科手术。单孔手术通过单一切口将器械送入病人腹腔内,具有创伤小,失血少,恢复快等优点。继多孔微创手术机器人研发成功并商业化后,单孔凭借其从端器械工作空间要求更低,创伤更小,术后恢复效果更佳等优势成为外科微创手术机器人主要发展方向。在腹腔微创手术中,为了增大器械工作空间,提高姿态灵活性,单孔悬挂臂带动器械以手术切口为支点进行远心运动,远心运动的实现成为研究的热点和难点。本文针对单孔悬挂臂构型设计、远心运动算法和拖动控制策略展开了研究。对单孔悬挂臂进行构型设计、运动学模型建立和工作空间分析。首先分析了悬挂定位臂实现远心运动的自由度和连杆尺寸要求,提出了“PRRRRR”六自由度悬挂臂构型。采用DH法建立正运动学模型,并对悬挂臂可达空间、任务空间进行分析,验证了构型尺寸能够满足手术任务要求。为了实现术前和术中快速直观的调整末端柔性执行臂的位置和姿态,引入了基于六维力传感器的拖动控制策略,拖动控制方便简单,在机器人控制中应用广泛。针对PRRRRR构型提出了相应的远心运动算法,从远心运动特征入手,通过分析远心俯仰运动和偏转运动下姿态角增量引起的“C”臂位姿的变化,利用空间几何知识将笛卡尔空间姿态增量映射到关节空间增量,求解目标关节角。对悬挂臂构型进行优化,提出了PRPRRR构型,将关节3由旋转自由度改为平移自由度,既解决了奇异问题,又有效增大了末端“C”臂在空间中的运动范围。通过ROS仿真验证了构型的可行性,并针对新构型提出了基于逆运动学解析解的远心拖动算法,该拖动算法更具一般性,不依赖于特定的悬挂臂构型。最后进行远心拖动控制实验,以课题组单孔悬挂臂系统为实验平台,对悬挂臂PRRRRR构型的远心拖动控制策略进行实验验证,验证基于六维力传感器的拖动控制策略和远心运动算法的正确性。评估了远心拖动控制中姿态模式下远心点位置波动情况和位置模式下远心点姿态的保持性。综上所述,本文主要提出了两种悬挂臂构型,围绕运动学模型建立、工作空间分析、远心拖动控制算法仿真和精度测试实验展开研究工作。本文的研究内容对单孔腔镜手术机器人在悬挂臂方面的理论研究和工程应用,都有一定的参考价值。