主操作手是构成主从式手术机器人的重要组成部分,在主从式机器人及虚拟仿真中具有极其重要的作用。本文以微创手术机器人的主操作手为研究对象,对系统结构、运动性能、动力学计算、控制策略、力感觉的实现及实验验证等方面进行了研究分析,具体包括以下内容:首先,针对微创手术的特定需求,确定了具有结构简单、位姿解耦、自重平衡特点的7自由度主操作手构型。在工作空间分析及运动操作性能分析的基础上,对系统进行了优化设计;设计完成了满足微创手术操作要求的主操作手系统。其次,在运动学分析的基础上,利用拉格朗日方程建立了力反馈型主操作手的动力学数学模型,并进一步研究了主操作手实现力反馈的控制策略,初步实现静力反馈。最后,对主操作手系统的精度、静力反馈、主从运动精度等指标进行了标定验证。结果表明,系统的重复运动精度小于0.5mm,主从运动精度小于0.8mm。本文研究主操作手系统已在微创手术机器人“Micro Hand A”系统中得到成功应用:已作为医生输入端控制机器人从手完成了四例动物实验、作为仿真系统的输入设备控制虚拟环境中的手术工具完成了手术仿真。