首先,详细分析微创外科机器人的工作任务、运动特点、安全性要求,总结出其结构特点,通过对常用机器人结构类型的比较,提出了微创外科机器人结构类型综合的基本方案.其次,从几何角度对微创外科机器人灵活性和灵活工作空间进行分析和研究.一方面根据其末端手术工具的结构和安装特点,提出了二自由度手腕成为灵活手腕的必要条件.另一方面根据手术的实际需求,总结出机器人灵活空间的确定方法,并提出了象限分割的原则,降低了微创外科机器人灵活性条件要求.在这个原则基础上,应用解析法给出了微创外科机器人灵活工作空间与工作空间之间的关系.再次,从微创外科机器人逆运动学的实际要求出发,提出一种解析与数值计算相结合的快速算法.将传统的方法简化为寻找一个合适的目标函数,对一维关节变量进行迭代求解,其余关节变量可以用解析式求得,从而将逆运动学的多变量迭代求解问题简化为一维变量迭代求解,大大提高了收敛速度,使得算法的实时性和准确性满足了手术路径拟合的需要.由于空间坐标映射关系是微创外科机器人的关键技术,空间映射误差将影响整个系统的精度.针对这一问题,首次定义了四种空间映射误差类型,着重分析了各类误差的具体来源.在此基础上,一方面提出迭代SVD法取代经典SVD法,求解出空间映射变换参数,达到减小基准点映射误差的目的.另一方面,利用矩阵扰动理论和概率统计模型,推导出靶点映射误差与基准点定位误差的定量关系,从而通过基准点定位误差准确预测靶点映射误差的大小.另外,为了提高微创外科机器人的绝对定位精度,提出了两种误差补偿方法.运动学参数优化方法,可以同时识别机器人的几何和非几何误差参数,快速提高机器人绝对定位精度.基于神经网络的定位误差补偿法,通过改进BP训练算法,优化网络参数,在运动学参数优化方法的基础上进一步提高定位精度.实验表明,两种方法综合使用可以有效补偿微创外科机器人的定位误差.最后,建立了面向立体定向脑外科手术、遥操作手术和中医正骨手术三个微创外科机器人实验平台,开展了大量的微创外科机器人系统临床应用研究,验证了该论文研究的理论方法和技术途径的有效性,为今后深入研究奠定重要的基础.