二十一世纪以来,机器人技术在导航定位、运动规划、智能识别以及远程控制等技术领域取得了突破性的研究进展,并广泛应用于微创外科手术机器人系统。目前,应用于临床外科手术的微创手术机器人系统主要有达芬奇(Da Vinci)和(Zeus)手术机器人系统。手术机器人的应用不但避免了传统手术操作中存在的手自然颤抖、创口大、稳定性差及精度低等技术缺陷,还具有疼痛感低、康复时间短、灵活性高等优点,极大地提高了手术成功率,在医疗领域具有划时代的意义。然而,微创手术仍然存在着关键技术缺陷,即手术机器人没有力觉反馈功能,医生在执行微创手术过程中不能直观的获得手术器械与患者病变器官组织之间的交互力信息,制约了微创手术机器人技术的进一步发展。为了使医生在微创手术中获得直观的力觉信息,避免安全隐患,对微创外科手术机器人进行力控制技术研究有着重要的意义。首先,本文针对微创外科手术机器人存在力反馈功能缺失的问题,搭建了手术机器人从手端样机;设计了基于石墨烯新型敏感单元的柔性力觉传感器和传感器压力信号数据采集系统;设计了手术机器人微器械夹钳力控制系统,包括控制系统硬件设计和基于Labview图形化编程语言的上位机软件设计。其次,对手术机器人从手机械臂进行了正向运动学建模求解,并在MATLAB机器人工具箱中进行仿真验证;采用基于粒子群(PSO)优化算法对手术机器人从手机械臂进行了最优逆解求解;在基于运动学分析的基础上对从手机械臂进行了工作空间分析与末端操作器轨迹规划,为后续手术机器人从手样机进行手术实验提供了理论基础。建立了手术机器人从手微器械动力模型,为控制算法研究提供了控制对象。然后,分别基于阻抗控制算法和模糊PID控制算法对手术微器械夹钳进行控制仿真分析。以微器械夹钳动力学模型为控制对象,设计了阻抗控制器,仿真结果表明该控制算法控制精度高、位置误差小、响应速度快,能够实现较好的力/位控制效果;以微器械夹钳单关节电机数学模型为控制对象,设计了模糊PID控制器,仿真结果表明模糊PID控制算法与传统PID控制相比超调量小、控制精度高,具有更好的控制性能。最后,搭建了微创外科手术机器人从手样机实验平台;设计了基于新型石墨烯柔性力觉传感器的数据采集和压力标定实验,实验结果表明传感器与现有传感器相比精度高、灵敏性好,具有更好的力检测性能;设计了手术微器械夹钳力控制实验,实验验证了微器械控制系统能够实现准确的力控制。