微创腹腔手术机器人由主手系统和从手系统组成,从手系统包括持镜臂和持械臂,主手为外购的小型商用机械臂,医生操纵主手控制持械臂或持镜臂进行伤口切割、缝合或腹腔镜位姿调整等动作。由于从手机械臂体积庞大,再加上运动过程中频繁的换向,导致末端微器械或腹腔镜会产生振动。本文针对实验室研制的持镜臂系统,采用主从控制的方式实现腹腔镜位姿的调整,研究以压电陶瓷为作动器的主动振动控制方法。首先,进行总体方案的设计。针对持镜臂的主从控制,对主手末端和腹腔镜之间的位姿映射方式进行分析,根据医疗手术场景提出需解决的关键问题,建立总体方案;针对腹腔镜的主动振动控制,采用压电陶瓷对持镜臂的启动、运动和停止三个阶段所引起的腹腔镜振动进行抑制,设计总体方案,并对所用硬件做简要介绍。然后,针对持镜臂的主从控制,建立持镜臂和Phantom Omni主手的运动学模型,采用位置增量式和姿态绝对式的位姿分离控制策略建立主从位姿映射关系,研究分析了基于基座坐标系和工具坐标系下的位置增量式控制算法,对数据通讯方式、比例映射、二次映射和速度限制等问题进行分析,编写持镜臂的运动控制程序,建立以LabVIEW和MATLAB/Simulink软件为基础的解决方案,实现腹腔镜位姿的调整。其次,针对腹腔镜的主动振动控制,在MATLAB/Simulink内对总体方案进行仿真验证。将腹腔镜简化成空心圆柱体柔性臂,建立力锤及激振器激励下和压电陶瓷作动下柔性臂的振动响应方程。搭建压电陶瓷作动下的常规PID控制器和模糊自适应PID控制器,对力锤及激振器激励下柔性臂产生的振动进行抑制,振动抑制效果显著,验证了总体方案的可行性。最后,搭建Phantom Omni主手和持镜臂的主从控制实验台,对于基座坐标系下的主从控制,验证比例映射、二次映射和速度限制算法的正确性,实现主手末端与腹腔镜的位姿跟随;对于工具坐标系下的主从控制,实现主手末端与腹腔镜所在视窗的位姿跟随,可为医生提供最佳的手术操作视野。