单孔腹腔微创手术是一种只需要在腹腔开一个孔的微小创伤型手术，它不仅具有与传统多孔微创外科手术和普通开放式手术同等的疗效，还具有创伤小、疼痛轻、术后恢复快和创口美观性好等优点，并且，其应用范围不受限于人体自然腔道的位置，比通过人体自然腔道的微创手术具有更广泛的应用范围。本课题在国家自然科学基金项目“单孔腔内微型机器人外科手术系统优化设计与控制技术研究”的支持下，详细设计了一种针对单孔腹腔微创手术的机器人系统。首先，结合实际手术操作中对单孔腹腔微创手术机器人的动作需求，设计了一款7自由度的机器人，完成了三维建模和手术器械模块、柔性臂模块、电机传动模块的详细设计，实现了驱动丝的巧妙布置，避免了彼此的干涉。针对末端微器械提出了一种无耦合的设计方案，成功解决了微器械腕部跟手术钳相互耦合的问题。其次，设计了一种通过对超弹性Nitinol合金柔性管进行三角形切口来实现弯转自由度的关节模型。利用两组交叉90°的切口组合实现了柔性臂的俯仰、横摆两个弯转自由度，在保证关节自由度要求的前提下很好的保证了管臂内大的空腔，可以用于通过末端器械的驱动丝、能源线缆、信号数据线缆等，为末端关节的多自由度设计提供了可能。而且基于Timoshenko梁理论，完成了柔性臂的静力学建模和ANSYS仿真，并对柔性臂的切口尺寸、加工工艺、材质要求进行了实验对比验证。此外，求解了运动学模型和工作空间，对逆运动学结果进行了理论验证。最终，完成了机器人平台关键部件的受力校核和选型，搭建了实验样机，采用被动光学定位系统等设备，搭建了实验测试平台，对机器人系统的正逆运动学模型和工作空间都进行了验证，并且对实验结果进行了分析。