微创手术机器人可以克服普通微创手术的一些缺点,有效地避免医生操作中的手部抖动和疲劳问题,应用日益广泛。但是微创手术机器人缺少力觉反馈,存在着安全隐患。在实际临床操作中,手术器械与环境之间的交互作用力难以获取,这主要是手术操作环境的特殊性等因素造成的。本文根据微创手术的操作特点和要求,对远心机构进行选型和结构优化,在运动学和动力学分析的基础上,提出力检测模型,实现在末端无传感器的情况下手术器械与环境间交互力信息的获取。首先,本文通过分析微创手术中的操作流程和操作要求,选用具有紧凑结构的单平行四边形加钢带结构。建立远心机构的运动学模型,并求取机构的雅克比矩阵,进而提出基于工作空间和可操作性的双目标优化函数,利用粒子群(PSO)算法进行求解,获得具有较优可操作性和工作空间的远心机构结构参数。本文通过拉格朗日方法对远心机构进行动力学建模,获得各个关节的运动状态和关节力矩之间的关系。对机构的运动学模型进行仿真,验证运动学模型的准确性。然后,基于Adams仿真软件对动力学模型进行仿真验证,通过比较Matlab的理论值和仿真值评估模型的准确性。对动力学模型中各组成部分进行分析,研究各个关节动力学模型中各组成部分所占比重,并对重力项进行仿真分析,为力检测模型的建立打下基础。在动力学模型的基础上,建立远心机构的力检测模型,即关节电机输出力矩、关节运动状态与器械末端外力之间的映射关系,并进一步建立计及摩擦的力检测模型。对力检测模型中动力学项进行线性化处理,基于最小二乘法原理辨识动力学项参数,并通过验证模型来验证辨识模型的准确性。最后,对力检测模型进行实验验证,通过TwinCAT软件实现对于远心机构的控制,从远心机构的空载实验、夹持实验以及动物器官组织的离体实验三个方面进行实验分析。空载实验和夹持实验用来验证力检测模型的准确性;动物器官组织离体实验利用力检测模型估算手术器械和动物器官组织之间的交互作用力,从而实现力检测模型的应用。