柔性手术机器人出色的灵巧操作能力可以适应复杂的微创手术环境,但由于手术过程中需要对组织进行牵引、切割等操作,因此要求柔性手术机器人具备足够的刚度以提供负载能力。在微创手术环境下,手术器械的尺寸和驱动方式受限,机器人实现灵巧操作和具备负载能力之间就形成了矛盾。如何保证灵巧性前提下提高机器人的负载操作能力是摆在微创手术领域的重要问题。该论文主要从两方面进行研究:一方面通过结构创新增强传统机器人本体刚度;另一方面设计具有可控刚度的柔性机器人。论文的具体研究内容如下:针对机器人的手术工作要求,调查国内外柔性手术机器人构型,分析和研究增强机器人本体刚度的方法,设计了槽式柔性机器人和片驱动式柔性机器人;提出槽式机器人和片驱动机器人的驱动需求并搭建单驱动和六驱动实验平台。基于变驱动力的刚度调控机制,研究变中性线结构的刚度调控机器人,设计单自由度变中性线机器人和双自由度变中性线机器人,研究新构型在外力作用下的刚度特性,建立关节单元设计参数、整机关节转角与刚度的关系方程,为设计满足刚度需求的柔性连续体机器人提供理论依据。建立基于材料特性的刚度调控机器人,设计了相变合金式的刚度调控机器人,通过温度变化实现低熔点金属的两相(固态和液态)转化,开展单节柔性段机器人的原理性验证,并以此为基础设计双节柔性段刚度调控机器人,建立数学方程描述相变的理论响应时间。在实验平台基础上,开展片驱动机器人工作空间及负载刚度测试,开展相变合金机器人的弯曲姿态测试、相变反应时间测试和负载刚度实验;对槽式柔性连续体机器人和变中性线机器人应用Abaqus进行仿真并与理论刚度值进行比较。本论文的研究工作针对柔性机器人刚度调控技术进行研究,对柔性手术机器人刚度提升以及精确控制具有重要意义。