本文面向腹腔镜手术的操作需求,针对目前腹腔镜手术机器人缺乏有效力反馈的现状,基于光纤布拉格光栅传感机理与柔性结构的形变理论,开发了集成于腹腔镜手术机器人远端的一维、三维及夹持力传感器,用于检测手术器械末端与人体组织之间的相互作用力,具体研究内容如下:首先,提出了一种基于FBG的腹腔镜手术机器人远端一维力传感器。所提出的一维力传感器主要包括力敏柔性结构、一根嵌有FBG的光纤和接触头。其中力敏柔性结构基于刚体置换法对Stewart并联机构进行柔性化改进,然后与悬臂梁结构串联设计而成,光纤集成于柔性结构的中心。采用有限元分析方法对柔性结构的关键尺寸进行了响应曲面优化,并对优化后的传感器进行了静态及动态性能仿真。其次,提出了一种基于FBG的腹腔镜手术机器人远端三维力传感器。所提出的三维力传感器主要由力敏柔性结构、五根嵌有FBG的光纤、接触头和支撑结构组成。其中力敏柔性结构基于刚体置换法对3-SPR机构柔性化设计而成。一根光纤布置在柔性结构中心用于测量轴向力,其余四根光纤以90°的夹角布置在柔性结构四周用于测量径向力。通过响应曲面法对柔性结构关键尺寸进行了优化求解,并对优化后的三维力传感器进行了静态及动态性能仿真。然后,提出了一种基于FBG的腹腔镜手术机器人远端夹持力传感器。所提出的夹持力传感器主要由力敏柔性结构与一根嵌有FBG的光纤组成。其中力敏柔性结构基于刚体置换法对微纳领域中桥式放大机构进行柔性化设计而成,光纤横向集成于柔性结构的中心。采用响应曲面法对柔性结构的关键尺寸进行了优化求解,并对优化后的传感器进行了静态及动态性能仿真。最后,加工出了一维与夹持力传感器的原型并搭建实验平台对其性能进行了实验测试。实验表明,设计的一维力传感器在[0,12 N]的线性测量范围内具有21 m N的分辨率,夹持力传感器在[0,10 N]的线性范围内具有17.79 m N的分辨率,后续通过离体组织夹持实验与活体动物组织切除实验验证了夹持力传感器的可行性。