为减少患者体表的微创孔,降低术中感染风险,单孔腹腔镜手术机器人逐渐进入人们视野。单孔腹腔镜手术机器人受限于单一微创孔的约束,与传统多孔腹腔镜手术机器人相比,工作模式发生了很大改变。这是腹腔镜手术机器人领域内,以尽可能降低患者感染风险为目标的一次大胆尝试,这种探索无论对医学领域或者机器人领域皆是十分有意义的。尽管外界环境的约束更加复杂,但单孔腹腔镜手术机器人的结构形式种类繁多。本课题将设计一款面向单孔腹腔镜手术的单臂系统,对其柔性连续体建立运动学模型的封闭解与迟滞补偿等研究。首先,根据术中必要的运动,提出一种7自由度连续体机械臂,包括单自由度夹持钳组件,2自由度柔性连续体组件,2自由度展开组件,单自由度回转组件,单自由度进给组件。在完成结构设计的同时,给出了除柔性连续体外每一关节的运动学模型,整体结构具有轻量化,运动灵活的特点。其次,利用精度更高,描述对象范围更广的CEIS力学模型,建立柔性连续体的运动学模型。通过椭圆积分完备解,当已知末端负载时,利用CEIS力学模型算法进行数值迭代,即可得到柔性梁的变形参数。为提高运动学模型精度,在对每段柔性梁末端负载求解时,将两根驱动丝的影响皆考虑在内,包括两根驱动丝的拉力,支持力与摩擦力。通过适当的假设,可在已知两根丝对连续体末端拉力时,求解驱动丝对连续体其余作用力矢的情况。通过利用相互作用力进行的等效处理,各段柔性梁末端的负载表达式大大简化。已知各段柔性梁的末端负载后,其变形参数可通过相应算法进行数值迭代得到。再次,利用基于力学模型的运动学模型,对柔性连续体进行结构性能优化与等曲率假设优化,通过几何关系推导得到柔性连续体基于等曲率假设的运动学模型,与基于力学模型的运动学模型相比,基于等曲率假设,不仅可以得到封闭的正运动学模型,而且可以得到封闭的逆运动学模型。对于柔性连续体的迟滞现象,利用经过修改的布克文模型进行描述,可以在一定程度上提高模型的精度。最后,搭建系统的机械平台与控制平台,完成各关节的功能验证实验,考虑到术前所需的消毒工作,本次设计的连续体机械臂具备快换功能。由于冗余自由度与关节耦合的影响,整体系统的正运动学与逆运动学模型需要在掌握更多资料后,有待进一步研究。