外科手术机器人系统充分利用医生的经验以及机器人定位精确、运行稳定、操作精度高等特性,可以使外科医生以舒适的操作环境完成精细的手术动作,极大地拓展了医生的技能,提高手术质量与安全性,缩短治疗时间,降低医疗成本。缝合打结是外科手术机器人不可缺少的功能。由于缝合线本身的非线性变形特征,在运用机器人进行缝合打结时,缝合线的形状难以控制,大大延长了手术时间。研究机器人缝合打结规律对于提高机器人精度和效率,加快机器人的临床应用进程具有重要意义。根据外科手术机器人设计原则和临床手术工作空间要求,设计出用于显微血管手术的主从式机器人系统-“妙手”系统。从手采用RCM(Remote Center-of-motion)的结构。姿态机构采用三轴交汇于一点的结构形式,位置机构采用丝传动实现双四连杆机构形式。从结构上实现了姿态与位置的解耦,同时可实现手术工具在末端点固定不动的情况下进行大范围的姿态调整。以运动灵活度作为技术指标对从手机构进行了尺度综合,得出位置机构的杆件长度及工作姿态:当位置机构三杆等长,且1杆和3杆互相垂直时,机构运动灵活度指标取最大值。根据主手和从手的运动学方程,运用蒙特卡罗法分别得出主手、从手的独立工作空间及协同工作空间。以协同工作空间最大为优化目标,得出了最优的布置方式,同时得出主手与从手之间的比例系数为6:1。根据机器人缝合打结时缝合线受力分析,建立缝合线长度计算模型,根据该模型可确定机器人进行缝合打结时合适的缝合线长度,并提出“线圈规则度”指标来评价线圈是否适宜进行打结。运用纽结理论,分析机器人进行“缠绕打结”法打结时缝合线不稳定的原因,提出了一种新的机器人打结方法-“扭转打结”法。并以“妙手”系统为试验设备,对缝合线“扭转打结”法进行了试验研究。通过试验数据分析得出“扭转打结”时的变形规律。采用虚拟现实技术实现虚拟力补偿,可弥补主从式遥操作机器人由于缺乏力反馈而造成的手术时间长、精度低、意外器官损伤等缺陷。