单孔腹腔镜手术作为一种新型微创手术形式,有着切口单一微小、出血更少的优势。单孔手术机器人是单孔腹腔镜手术和机器人技术的结合体,它进一步实现了手眼协调、远程操作和图像导航等功能。但相对于传统微创外科手术,外科医生需要通过单孔手术机器人间接完成手术,这对外科医生的安全性操作提出了更高的要求。本文将紧密围绕单孔手术机器人的安全性操作问题,主要从“训练中引导”和“训练后引导”两方面着手,提出了一种术中安全性操作引导方法和一种手术技巧自动评价方法。本文的主要工作内容如下:首先,为了利于数据采集和仿真验证,开发了一个基于单孔手术机器人从手构型的训练模拟器。从手器械和环境物体三维模型由SolidWorks及3DMAX建模。基于C++语言和OpenHaptics库,在Microsoft Visual平台上搭建了该训练模拟器,并开发了数据采集、实时仿真、力反馈及自动评价等功能模块。其中自动评价通过运动学分析完成。基于该单孔手术机器人训练模拟器,开发了一系列训练任务如轨迹跟踪、套环和穿针等。其次,在单孔手术机器人训练任务中加入了虚拟引导,建立了虚拟引导的几何模型和物理模型,能够在执行训练任务中引导外科医生趋向于标准或者优化的操作路径。在虚拟引导中加入了虚拟夹具理论,将操作区域转化成一个存在多种人工力势场的复合空间。该复合空间可划分成三个部分,即安全域、警告域和危险域。通过实验,对比了未加入虚拟引导和加入虚拟引导后的操作结果差异。实验结果显示,虚拟引导能够帮助训练者大大减小实际操作的平均偏差和冗余度。最后,提出了一种新型手术技巧自动评价方法,能够在训练完成后,明确指出训练者在一个训练任务中操作表现相对不佳的手术动作。该方法包含了模板操作提取、任务状态识别及相似度评价三个部分。通过套环实验,证实了该自动评价方法的评价结果与专家手工打分有高度相关性,由此验证了其客观性、高效性和针对性。