微创手术具有不开腹、创伤小、痛苦小和恢复快等优点，因此在世界范围内得到了广泛地应用。传统微创手术因其不可避免的缺陷在一定程度上限制了微创手术的应用和发展：手术器械在切口处的“杠杆”作用使得医生操作的手眼协调性较差；医生长时间操作手术器械容易疲劳；医生手部震颤在手术器械末端被放大，无法完成精细分离、缝合等手术操作。机器人技术与微创外科手术技术相结合，可以改善手术环境，提高手术质量。针对腹腔微创手术的手术要求，本文进行了腹腔微创手术机器人系统关键技术研究，具体内容如下：进行了腹腔微创手术机器人机械本体和控制系统的研究与设计。根据腹腔微创手术的特点，进行了腹腔微创手术机器人系统构型设计，机器人构型由机器人车和手术器械组成，手术器械安装在机器人车的机械臂上进行手术操作；按照腹腔微创手术要求，进行了机器人车和手术器械详细结构设计，并对机械臂臂长进行了优化设计和对手术器械的结构性能进行了仿真分析；根据机器人工作特点，进行了控制系统结构设计，并从机械和控制两方面进行了机器人安全性设计。进行了腹腔微创手术机器人系统的主从控制研究。通过分析主手和从手机器人构型，建立了主从运动映射关系，提出了笛卡尔空间控制和关节控制相结合的主从控制策略；根据机器人工作模式，采用等效微分加误差补偿的方法进行了机器人运动学逆解的求解；为保证机器人运动的平稳性，采用三次样条插值法和滑动平均滤波法对机器人关节运动的轨迹规划和主手运动的抖动滤波进行了研究。进行了腹腔微创手术机器人关节控制方法研究。通过分析腹腔微创手术机器人运动的动态特性，采用重力补偿与模糊PD控制相结合的方法进行关节运动控制，对关节控制器进行了详细设计，并通过仿真实验验证了腹腔微创手术机器人关节控制的有效性。研究了腹腔微创手术机器人术前机械臂臂形设置以及手术切口的位置选取。以典型腹腔微创手术胆囊切除术为例，建立了手术切口区域的数学模型。按照臂形设置的优化要求，建立了机械臂臂形设置的目标优化函数，分析了机械臂定位关节和远心机构的臂形设置；根据机械臂臂形设置，应用全局同向性性能指标分析了切口的位置选取，并验证了切口选取的有效性。对腹腔微创手术机器人进行了系统集成和实验研究。使用Optotrak Certus系统对腹腔微创手术机器人机械臂的远心机构进行了远心运动性能测试，对手术器械进行了解耦运动测试和关节运动误差测试，并对机器人末端的重复定位精度进行了实验测试，实验验证了腹腔微创手术机器人的机械性能和操作精度满足手术要求；为验证机器人系统的实际操作性能，实施了生物组织模拟胆囊切除实验，实验验证了机器人具有良好的主从跟踪性能，能够较好地复现医生的手术动作并完成实际手术操作；进行了多例活体动物的胆囊切除术实验，进一步验证机器人手术系统的有效性，为进一步临床应用奠定了基础。