为了进一步提升微创手术技术,腔镜手术机器人应运而生,其不仅可以还原医生的手眼协调能力而且还能实现更精细复杂的手术动作。随着对医疗质量要求的不断提高,腔镜手术机器人正越来越受到更多患者的关注,其相关技术也正逐渐成为机器人领域的一个研究热点。为此,本文将开展腔镜手术机器人相关技术研究,主要涉及主从直观操作运动映射模型研究、面向机械臂运动学标定的最优测量构形选择研究与手眼标定封闭解奇异性分析及无奇异解研究。首先,面向开放型主控制台的腔镜手术机器人,开展主从直观操作运动映射模型的研究。研制一套腔镜手术机器人从端执行机构,利用修改D-H参数法对一类不满足Pieper准则的机械臂进行正逆运动学建模,并给出运动学逆解奇异时的机械臂几何构形。在此基础上,提出一种基于人类手眼协调能力的主从直观操作运动映射模型,包括位置增量缩放式算法与姿态绝对一致性算法。其次,对从端机械臂开展面向运动学标定的最优测量构形选择研究,提出一种基于矩阵广义均值的最优测量构形选择指标,并论证其与其他指标之间的关系。考虑到运动学标定过程中备选测量构形的离散特性,提出一种用于最优测量构形选择的改进型粒子群搜索算法。针对搜索过程中运动学误差参数排列顺序互换和同一粒子内元素排列顺序互换现象,揭示其数学本质为辨识雅可比矩阵初等行互换及列互换,进而验证其不会影响改进型粒子群算法中观测指标的值。接着,针对从端执行机构手眼标定问题,开展手眼标定奇异性分析及无奇异解研究。查找手眼标定解析解共有的奇异现象,并提出检测该奇异现象的相应指标,进而提出一种基于Quaternion的无奇异手眼标定算法。当未知手眼矩阵的转角值等于?时,查找基于Rodrigues参数的手眼标定解所特有的奇异现象,提出并验证一种基于该类参数的无奇异手眼标定封闭解。当测量数据的姿态误差较小时,对基于正交对偶张量参数的手眼标定解进行奇异性分析,提出并验证一种基于对偶传递定理的无奇异手眼标定解析解。最后,搭建腔镜手术机器人实验平台并开展实验研究。对腔镜手术机器人从端执行机构开展面向运动学标定的最优测量构形选择实验,并对手眼标定解析解所共有的奇异现象以及所提出的无奇异手眼标定封闭解进行实验研究。此外,运用腔镜手术训练中的彩珠转运以及圆孔穿线模块对主从直观操作运动映射模型的有效性进行验证。