随着机器人技术的不断发展和医疗科学的持续进步,各式各样的手术机器人正在被提出并在手术操作中得到应用。机器人辅助外科手术具有术时创伤小、可靠性高、术后恢复快等优点。但目前外科手术机器人的持镜臂与器械臂系统通常是分别独立设计,费时费力,为此本文面向实验室在研的微创腹腔镜手术机器人,设计一款通用性好、操作简单、易于执行的微创腹腔手术持镜臂控制系统。针对持镜臂的结构及功能应用,为各关节选择合适的电器元件,并根据手术机器人系统的要求选择CAN总线通讯,设计基于“工控机+驱动器”上下位机结合的硬件控制系统方案,选择合适的控制硬件;同时为实验操作方便及保护硬件,搭建持镜臂系统控制柜。根据持镜臂的构型特点,基于旋量法建立运动学坐标系,推导正、逆运动学模型,通过SimMechanics和Simulink模块分别搭建持镜臂机构模型和运动学模型,对比末端输出结果和输入、输出误差,验证运动学模型的正确性。为使持镜臂能够按预期轨迹平稳运动,对持镜臂末端运动在笛卡尔空间进行直线和圆弧插值轨迹规划,对各联动主动关节运动在关节空间进行五次多项式插值轨迹规划,并通过使用Matlab软件进行仿真实验验证。针对持镜臂软件控制系统的功能要求,使用CME 2软件对驱动器和电机参数进行配置,为伺服系统功能的实现及后续程序编写做前期准备;安装调用CMO组件,CAN卡驱动和各数据采集卡的LabVIEW驱动,搭建控制系统软件的开发环境;在LabVIEW开发环境下编写程序,设计人机交互界面,实现持镜臂系统数据采集功能和关节运动控制。结合手术中对持镜臂系统的要求,搭建并调试持镜臂系统实验平台;测量被动旋转关节的运动范围,验证了持镜臂术前摆位能力;测量各主动关节的运动范围和运动补偿前后的正、反向误差,得知反向误差是机构的主要误差来源且经过运动补偿后的运动误差能够满足要求;通过使用Matlab软件对比两种运动方法的理论轨迹,验证了选择PVT模式进行多关节联动控制的合理性,对比采用PVT模式进行多关节联动控制的实际末端轨迹与理想末端轨迹,验证了软件程序的可行性及持镜臂末端位置控制的准确度;对于持镜臂机构不动点是否真实存在进行了实验验证。