蛇形机器人因外形小巧且具有灵活的弯曲能力而非常适合于外科手术,在微创外科手术（MIS）中得到了广泛应用,其关节灵巧性特征已在外科手术机器人领域开创出新的研究特色。虽然腕部灵巧的器械医生手动操作具有一定的难度,但通过执行器精确控制可以使其在病人体内实现传统手动操作无法实现的动作。随着腕部灵巧性的增加,医生很难进行手动控制,但现在可以通过执行器精确控制。单孔手术（SPS）只需要建立一个切口,通过一组机械臂进入体内对受损组织或目标区域进行微创手术,将人体创收控制在更小的量级,实现单孔微创手术,必将在MIS领域开辟新的创新模式。虽然单孔术后失血少、恢复快、疤痕小,且带来的好处巨大,但机械臂灵巧性关节和刚度带来的问题仍然具有巨大的挑战性。本论文提出了新的SPS机械臂原型样机外径为8mm,具有高度灵巧8+1自由度的2个工具臂以及5自由度相机臂;具有执行器提供的远程力反馈接口,可通过使用外径为1.5毫米的不锈钢柔性圆缆线圈（FWC）实现,旨在对单孔微创手术机器人提供创新设计并对原型样机进行相应研制及初步实验测试。该型SPS系统总自由度为24,这意味着需要24个执行器来控制单个关节的运动。本论文目标是设计一种蛇形机器臂,并具有与人类手臂相似的灵巧运动;整体结构类似人体手臂肩、肘、腕等,很容易安装在任意有效载荷大于3公斤的工业机械臂上。本论文采用全新设计理念将不同的小型激光切割不锈钢管组装在一起,形成环形接头,即便于制造又可利用内部空腔形成组件式连接。在原型样机中采用一种新型的空心圆柱接头和一种穿孔球接头结构,使整个结构简单,易于组装。该关节结构设计模式解决了诸如关节的耦合、通过弯曲关节到远端连杆路径上存在摩擦大等问题;同时提供了自锁能力,确保在任何意外制动时刻,所有的结构保持完整的安全性,FWC也使断裂连接件的更换更加容易。本论文还详细说明了机械设计和连接件设计思路。才有有限元法对结构载荷作用下形变和应力进行了校核与分析;对机械臂空间运动中的进行了矩阵变换和扭转测试,将其直接应用于机械臂正运动学求解;采用Moore-Penrose伪逆求解逆运动学解,同时还生成了机器人手臂的D-H参数,以探索运动学解。此外,利用ROS系统Move It功能对机械臂连杆进行扭转测试与运动学仿真,对机械臂工作空间及末端执行器目标空间中的工作范围进行了优化分析与模拟验证。最后,本论文通过搭建主从遥操作控制平台,对关节弯曲角度、机械臂可操作性、末端动态载荷等指标均进行了实验测试,验证该机械臂原型样机设计与研制的正确性。