时延的存在将影响遥操作手术系统的稳定性与医生的临场感,本课题主要从遥操作手术系统的建模、时变时延下通信环节中的波变量方法、从端机械臂控制算法设计以及遥操作手术系统的控制与稳定性分析等几个方面对时变时延条件下遥操作手术系统控制展开研究。首先,采用指数积法对主端机械臂进行了正运动学建模,对从端机械臂进行正逆运动学建模;分析了主从端机械臂的运动空间并采用增量式法对主从机械臂建立运动学映射关系;采用拉格朗日法对从端机械臂进行了动力学建模,为设计控制算法做铺垫。其次,针对时变时延遥操作手术系统因为通信环节不满足无源条件而导致的整个遥操作手术系统不满足无源性,采用了一种改进的波变量方法进行主从数据传递,该方法保证了遥操作手术系统的无源性。改进波变量方法相比于传统波变量方法在通信时延后加入了校正波,对速度信号转化为位置信号时积分带来的误差累积做了补偿;同时采用了改进波变量控制结构来减轻波反射带来的不利影响。最后,结合波变量和基于扰动观测器的滑模控制方法实现了遥操作手术系统的控制。针对遥操作手术系统要求在手术过程中从端手术机械臂能够快速鲁棒的跟踪主端触觉机械臂的轨迹跟踪控制问题,设计了一种基于扰动观测器的滑模控制方法。该方法以滑模控制器作为反馈控制器,扰动观测器作为前馈补偿器。通过设计扰动观测器对机械臂建模不确定性和未知的外部扰动进行实时估计与补偿,保证了在极小的滑模增益下系统的强鲁棒性;同时大大减轻了滑模控制带来的抖振问题。实验验证了该控制算法可以保证机械臂快速精确地跟踪命令信号。搭建了基于改进波变量方法与基于扰动观测器的滑模控制算法相结合的遥操作手术系统,对系统进行了无源性分析,证明了系统的稳定性;并通过实验证明了从端手术机械臂在有外部扰动的情况下对主端机械臂的命令轨迹也有良好的轨迹跟踪效果,同时主端操作者可以感受到从端手术器械与模拟人体组织的交互力。