微创手术机器人具有操作稳定性好、精度高、不易疲劳等优点,是复杂手术实现微创化的重要技术途径。然而,目前还没有成熟的力传感技术可以应用在微创手术机器人中。本文针对微创手术中的触觉诊断,基于光纤传感机理,选择了光纤布拉格光栅（FBG）为传感元件。通过柔性机构变形理论,提出了新型的柔性结构,并进行了仿真分析与优化设计。将FBG与优化后的柔性结构结合开发出微型化、高精度的力传感器,研制出相应的原型样机,并通过实验验证其有效性,具体的研究内容如下:首先,总结了基于光强、相位、波长调制光纤传感原理的优缺点,并根据微创手术中触觉诊断的医学需求和微创手术机器人力传感器的技术难点,选择FBG作为传感元件,并对其传感原理进行了理论推导。提出了两点粘贴的光纤布置方式,通过施加预紧力保证光纤处于悬挂张紧状态,保证FBG栅区产生均匀的应变,从而避免了FBG啁啾现象和低重复性缺点。其次,提出了一种基于FBG的一维力传感器。通过利用刚体置换法对Sarrus机构进行了构型综合设计,设计出的柔性结构不仅实现了轴向载荷-变形之间良好的线性关系,而且具有较大的测量范围。光纤通过两端固定方式配置在柔性结构的中心,这种悬挂张紧的光纤布置方式可实现更高的分辨率和灵敏度。采用有限元法对力传感器进行了静态和动态性能分析,为柔性结构设计提供了理论依据。同时进行了基于仿真的柔性结构优化设计,进一步提高了传感器的灵敏度。对优化的力传感器进行了标定实验,表明其不仅具有一个良好的线性度（线性误差为0.97%）,而且在较大的测量范围内（0-5 N）具有较高的分辨率（2.55 m N）。通过动态力实验,在嵌入模拟肿瘤的硅胶模型上进行的体外触诊实验和在猪的肝脏上进行的体外压痕实验,验证了所设计传感器的有效性。最后,为了获取详细三维接触力信息,提出了一种基于FBG的三维力传感器。通过自由度与约束拓扑方法进行构型综合设计,提出了一种具有两个平行十字梁结构的轴向柔性结构和一个能够绕正交异面型两轴转动的并联径向柔性结构。将这两种结构串联后与FBG结合,实现了三维力传感器的设计。通过相同的研究方法进行了三维力传感器的仿真分析和优化设计,并制作出原型样机。标定实验表明该力传感器在X,Y,Z方向可实现同一数量级的高分辨率,验证了所提出传感器的有效性。