近年来,随着科学技术的迅猛发展,人们的生活水平和自我保健意识的不断提升,人们对于医疗技术的要求也越来越高,而机器人以其安全性、稳定性和精确性等显著的优势得到医疗界、产业界和患者的广泛认可。机器人应用于脊柱微创手术中,能够大大提高手术的精度,保证重复定位精度以及避免手术过程中大量X射线辐射累积对医生身体的伤害。主操作手是脊柱微创手术机器人中的重要组成部分,是主从式遥操作系统中的必不可少的载体,其控制精度、操作的灵活度以及力反馈的准确性,能够大大提高手术的质量。因此,研究带力反馈装置的脊柱微创手术机器人的主操作手,对于外科手术机器人以及推动遥操作机器人力反馈控制理论发展具有重要意义。本文的主要研究内容包括:首先,介绍国内外主从式手术机器人以及力反馈主手的研究现状。通过这些介绍可以了解力反馈操作装置的结构、原理、控制方法等方面内容,明确主操作手力反馈控制中应该注意的问题。其次,针对脊柱微创手术机器人的力反馈主手进行运动学分析。利用优化的解析几何方法进行Delta并联机构正运动学的求解,并与SolidWorks驱动值进行对比验证;利用解析法对Delta并联机构的运动学反解运算,并与SolidWorks驱动值进行比对验证。利用D-H法对主操作手机构进行了整体运动学分析,并进行了仿真验证其正反解的准确性。其次,在此基础上,对该机构的工作空间进行了分析论证,利用代数法求解出并联机构的雅可比矩阵,为机构的灵活度提供里理论基础,分析机构的误差源,建立了准确的误差模型用于运动学标定。最后,完成对主手控制系统的设计。利用串口通讯获得六维力/力矩传感器上的准确数据;利用Qt与VS2008结合设计出简单人机交互界面,用于调试和参数设置;完成了同从手之间的实时通讯,实现了主从手信息交互;以及在QNX实时操作系统下整合所有模块,完成整个主手控制系统的设计。