本文以核磁共振成像导航前列腺针刺手术机器人为研究对象，旨在提高其结构可靠性及运动可靠性。针对实际上机器人试验样机缺少样本信息的特点，本文采用理论计算、软件仿真和实验验证相结合的方法，对其设计方案进行了优化和改进。主要包括基于密度凸集理论对机器人的实体尺寸进行鲁棒性优化，并采用螺旋理论对机器人进行运动误差标定及控制参数补偿。通过应力测量实验和针尖点运动轨迹测量实验，分别验证了机器人在结构强度和运动精度方面的较高可靠性，而且验证了理论方法的正确性和有效性。主要工作及成果概况为以下几个方面：首先，针对医用机器人系统缺乏足够实验数据的特点，首次提出一种密度凸集可靠性模型，在此基础上，采用有限元—神经网络的方法拟合关键部件的结构响应，进而根据所提出的密度凸集理论对机器人结构进行可靠度计算。在此基础上将结构鲁棒性作为目标函数，将可靠度值作为优化的约束条件,对机器人尺寸进行优化。其次，考虑到该针刺机器人气动控制器的非线性误差，本文基于螺旋理论方法提出了一种新的运动学标定方法。根据螺旋理论建立运动误差模型，将驱动器误差、几何尺寸误差和运动副配合误差综合分析。进而建立起机器人的控制系统的误差补偿策略，通过对驱动器的控制参数的实时调整，提高机器人运动精度。最后，在建立起的机器人运动控制平台上，进行机器人结构应力的测量实验和针尖点运动轨迹的测量实验。在应力测量实验中，测量结果验证了针刺机器人的结构可靠性和结构鲁棒性。在机器人针尖点的运动轨迹测量实验中，通过比较误差补偿前后机器人的运动误差，验证了机器人执行器的运动可靠性及理论方法的有效性。本文研究成果具有较高的理论意义及应用价值，在核磁共振成像导航手术机器人结构设计及机器人运动精度的研究与应用中具有一定的实用价值，并为整个机器人系统在核磁条件下的可靠性验证及改善打下坚实基础。