托卡马克装置是能产生大规模核聚变反应的超导核聚变反应堆，是受控核聚变研究走向实用的关键一步，也是实现能源可持续发展的重要手段之一。由于受高温、高真空和强辐射的环境影响，为保护人员的安全，托卡马克装置的维护必须采用机器人作业，但是要实现完全自主的机器人，以目前的技术还无法实现，因此研究有人参与的具备一定智能的人机交互系统具有重要的意义，可以帮助人类实现在高温、高真空、强辐射等极限环境下的复杂操作。为了能够实现对托卡马克腔第一壁的高效检测，需要为托卡马克内窥机器人设计一套人机交互系统，确保在安全完成检测任务的同时，减少人员的操作负担，提高工作效率。本文围绕托卡马克内窥机械臂人机交互系统的设计问题，提出了一套从任务规划到仿真，再到任务下发的完整系统。该系统设计引入了三维仿真技术与视频监控，实现了对内窥机械臂的远程监控。同时，利用虚拟仿真平台实现了任务预测仿真功能，可以在离线的模式下，实时仿真规划的任务，以提前预知规划结果，大大提高了系统的安全性，及时发现异常情况。不仅如此，为了提高工作效率，针对不同的任务目标，提出了多种操控模式。这样当需要时间上的优化和精确运动时，人机交互系统工作在自动模式下，而当需要高层次的人工监督或者高水平的示应性时，系统进入手动操控模式。这样就能大大减轻操作人员的工作压力。本文的研究内容概述如下：1.针对远程操作任务的多样性、工作环境的复杂性及内窥机械臂的机械结构，设计了人机交互系统的系统结构，并完成了系统软件设计。在人机交互系统中,实现了手动控制与自动控制方式，提高了远程操控的工作效率。2.建立内窥机械臂运动学模型，获得机器人连杆坐标系和D-H参数，推导出内窥机械臂的正运动学，并给出了内窥机械臂逆运动学的求解方法。3.针对内窥机械臂的机械结构与托卡马克腔的几何特征，研究内窥机械臂在任务空间与关节空间的连续轨迹规划，为了提高工作效率与减少抖动，提出了一种时间与平滑度最优的轨迹规划算法。4.基于仿真平台，完成了内窥机械臂进入托卡马克腔和对托卡马克腔第一壁的检测任务，验证了本文提出的人机交互系统控制方法的正确性和有效性。