主从式遥操作在反恐排爆、太空探测、深海调查、微创外科手术、虚拟装配等领域发挥着重要作用。力感主手是主从式操作机器人的重要组成部分,它向操作者反馈从手在目标环境中接受到的力信息,使操作者可以身处目标环境以外的地方进行作业,增强了操作的灵活性,提高了操作效率。本论文针对课题组在863计划支持下研制出的力感主手样机,对其静态透明性以及重力平衡方程开展研究工作,以期进一步提高力感主手的性能并为生产制造打下良好基础。透明性是力感主手的核心性能之一,直接影响到主手的力感精度、运动精度,并且透明度过低还会增加操作者的疲劳感。当主手的操作速度不高时,例如微创机器人手术,主手的惯性力不大,此时影响静态透明性的主要因素是主手自身的重力。只有当主手自我重力平衡时,操作者在操作主手时才感觉不到主手的重力;否则,当从手与环境交互作用时,手部感觉到的力将是主手重力与虚拟接触力的混合力,这会导致误判甚至严重错误。本文首先对力感主手进行了运动学与动力学分析,建立了重力平衡方程。为了便于制造和生产,对主手的重力平衡条件进行了误差灵敏度分析。不同参数产生的误差对重力平衡条件的影响程度不同,针对各项误差引入的末端不平衡力,给出了相对应的消除或限制方法。为了保证主手的力反馈效果,主手刚度必定存在下限,当主手刚度不足时,会造成主手施加给操作者的反馈力失真。与此同时,主手虽然部分工作时间处于低速,可看作静态,但是当主手空载移动或急停时,惯性力也成为主手透明性的影响因素。刚杆假设条件是力反馈的前提之一,因此,研究的目标是设法得到主手的最小静态刚度,在保证良好的力感精度的前提下提高透明性。本文对构成主手刚度的各个环节进行了分析,确定了主手在工作空间中刚度最薄弱的位置,通过对该位置的主手进行拓扑优化,得到了各个杆件的不同部位对主手刚度的影响程度的排序,由此得到最优杆件截面形状与尺寸,在保证力感性能的前提下,尽量减小了惯性力。