和传统手术相比,微创手术具有创伤小、伤口愈合时间短、术后恢复快、病人住院时间短等优点。而将机器人技术应用到微创手术当中,可以提高微创手术质量,降低医生劳动强度,被广大医师所日渐接受。对微创手术机器人技术的研究已成为医疗机器人领域的研究热点。手术器械是微创手术机器人的执行机构,它直接作用于患者组织或器官,手术器械性能好坏直接影响手术质量;对手术器械的操作仿真不仅可以模拟手术过程,还可以给医生操作以指导作用。结合国家863计划资助项目“腹腔微创外科手术机器人系统研究”,本文阐述了腹腔微创手术机器人手术器械机械结构的具体设计,搭建了腹腔微创手术机器人手术器械操作仿真平台,并进行了手术器械的物理操作和仿真操作研究。首先,进行腹腔微创手术机器人手术器械的结构设计。在分析腹腔微创手术的设计要求后,确定了机器人手术器械的自由度数和结构的总体方案,并进行机器人手术器械的详细设计。其次,进行腹腔微创手术机器人手术器械的运动学分析。分析手术器械的位置运动学,求解机器人手术器械的正运动学以及工作空间。由于腹腔微创手术机器人系统为主从操作系统,为实现该主从系统的逆雅可比控制,分析手术器械速度运动学,求解手术器械的雅可比矩阵和逆雅可比矩阵。然后,进行腹腔微创手术机器人手术器械操作仿真平台搭建。本文在说明仿真平台结构,阐述平台交互模块的实现原理后,研究基于该平台力反馈的实现方法,在分析常用的四种主从控制方式优缺点的基础上,选择逆雅可比主从控制方式,给出控制律,之后详细阐述了该仿真平台的搭建过程。最后,进行腹腔微创机器人手术器械操作实验研究。在物理操作实验中实现手术器械的自由度运动,并进行缝线模拟、管路夹持模拟和体夹持模拟实验;在仿真实验中说明操作仿真总体框架,然后进行球的夹持和体按压操作仿真研究。