机器人辅助腔镜微创外科手术由于创伤小、感染率低和术后恢复快等特点已引起广泛关注,其相关技术正逐渐成为机器人领域的研究热点。为此,本文针对腔镜手术机器人部分关键技术展开研究,主要涉及力反馈主操作手机构设计及优化、腔镜微创手术机器人主从运动控制、腔镜微创手术机器人交互作用力检测模型、主操作手人机交互及主从力反馈控制等几个方面。针对腔镜微创手术机器人系统,设计了一款全主动型串联主操作手。采用平行四边形机构和位置补偿机构,实现了主操作手位置和姿态的独立调整,增强了医生操作的舒适性与直观性,降低了运动学分析和计算的复杂性。针对微创手术特殊的应用场景,提出了一个综合考虑机器人运动灵巧度、定位精度和杆件长度利用率的评价指标,用来对主操作手杆件长度进行机构优化,提升主操作手的综合性能。为得到优化指标的最优解,提出了带惩罚项的改进粒子群优化算法,提升了优化算法的全局搜索能力,避免了早熟收敛。根据微创手术的功能需求制定了合理的主从控制策略,并建立了腔镜微创手术机器人系统主从直观运动映射模型。针对微创手术器械丝传动机构非线性带来的运动误差,对主从运动控制策略进行了改进。基于支持向量机和前馈神经网络,利用手术器械驱动电机电流的时域和频域信息以及末端器械的运动信息在线实时识别末端执行器运动阶段。根据末端执行器运动阶段分析丝传动机构的迟滞回差和耦合运动带来的定位误差,并利用前馈补偿消除迟滞和耦合误差,提升主从控制精度。针对微创手术过程中器械和组织之间的接触力难以精确获得的问题,设计了一种基于六维力/力矩传感器的交互作用力检测系统。建立了基于虚拟轴的动力学模型来分析传感器测得的力信息与交互作用力以及器械运动产生的附加力之间的关系。为精确获得模型中的动力学参数,首先设计了基于高斯过程回归和零相位低通滤波的数据处理策略。然后建立了激励轨迹的模型,对轨迹参数进行了优化并利用最小二乘法辨识得到了手术器械的动力学参数。最后,提出了一种利用从端手术机械臂主动关节位置、速度以及测量到的六维力信息来实时获取手术器械与组织之间接触力的方案。针对主操作手的柔顺性对医生操作感受及反馈力感知的影响,提出了主操作手人机交互控制策略。建立了基于广义动量的关节力矩的观测器,并利用时延神经网络补偿观测器模型的计算误差,进一步提高了操作的柔顺性。实现了主操作手运动过程中关节处动力学附加力矩的主动补偿,并可以根据操作者的需求修改操作柔顺性程度。在主操作手人机交互控制策略的基础上,制定了主从力反馈控制策略。根据检测到的交互作用力,利用设计的全主动型主操作手来进行力反馈。保证了操作者在主端就可以感受到从端的交互作用力信息,并且感受到的反馈力方向符合交互作用力在三维视频影像中的方向。在上述研究的基础上,搭建了机器人辅助腔镜微创外科手术实验平台,开展了腔镜微创手术机器人主从直观操作验证实验,手术器械丝传动非线性补偿实验、器械-组织交互作用力检测实验、主操作手人机交互实验以及主从模式下的力反馈实验。实验结果表明,本文的研究可以保证主从操作的直观性、减小丝传动机构的非线性误差,提高主从控制精度;能够提高主操作手人机交互性能;能够实现器械-组织交互作用力检测,并将检测到的力通过主操作手反馈给操作者感知。