微创手术具有创伤小、术后恢复速度快等优点,手术机器人在微创手术领域不仅继承了传统微创手术的优点,更提高了手术的精度和效率。近年来腹腔微创手术机器人作为手术机器人的一个重要分支,得到了快速的发展。本文根据腹腔微创手术要求,设计一种新型的三轴交汇式手术持镜臂结构,并针对手术系统的术前规划、持镜臂视窗的被动和主动调整方法等开展研究,主要包括以下几个方面:设计一种新型的三轴交汇式手术持镜臂结构,包括术前摆位机构、术中远心机构和移动平台三个组成部分。对手术持镜臂进行运动学建模,并基于Matlab-Simmechanic进行验证。利用蒙特卡洛法对持镜臂的工作空间进行仿真分析,并确定术中远心机构的奇异形位。建立人体腹腔的数学模型,在给定的病灶参数下设定病灶与切口之间的三个特征参数,分别表征手术工具的可达性、手术视野的直观性和微器械的灵活性,进而得到最优的手术切口位置。分析手术中持镜臂与切口的空间位置关系,得到持镜臂各被动关节的有效解组。以远心机构总关节变量作为优化指标,确定持镜臂的最优初始摆位。提出笛卡尔空间下手术持镜臂主从控制方法,实现持镜臂视窗的被动调整功能,并利用Savitzky-Golay滤波器去除医生手部生理抖动。基于OpenGL搭建持镜臂的虚拟仿真系统,将Geomagic touch主手作为持镜臂的位置控制输入,在虚拟系统中实时显示持镜臂运动,并搭建原理样机进行实验验证。提出一种用于机器人辅助微创手术的自主导航算法,包括微器械术前导航算法和持镜臂视窗主动调整算法:微器械术前导航算法使用拉格朗日乘数法计算从微器械标记点到腹腔镜视野的期望位置,能够使微器械快速到达腹腔镜的视野内;持镜臂视窗主动调整算法通过分析微器械与视野感兴趣区域的关系,可实现腹腔镜视野随微器械的运动而自动调整的功能,通过在Matlab中建立Simulink模型验证该算法的可行性。