本文围绕单孔和经自然腔道手术，针对手术特点和临床需求，分析柔性工具微创手术机器人及手术工具特征，研究微创手术机器人柔性工具构型设计方法及主从控制策略。本文取得如下创造性成果：针对单孔/经自然腔道手术的特点，分析机器人的操作方式和操作模式。以所设计的泌尿镜手术机器人和心脏超声导管机器人为例，研究柔性工具微创手术机器人的钢丝传动与驱动构型，把运动学控制应用到泌尿镜手术机器人上，并分析了不同柔性工具的运动学问题；提出对于柔性工具增强刚性的单自由度双驱动方式，并分析了手术机器人的临床需求对于机器人机构上和控制上的要求。本文引入螺旋理论，结合约束螺旋方法提出单自由度闭环钢丝传动模块机构的构型综合方法。建造一个基础机构，通过约束螺旋方法约束出一个等腰梯形机构，保证关节模块驱动过程中，有效钢丝总长度恒定不变。通过所提出的构型综合方法，综合出一类满足要求的单自由度闭环钢丝传动模块关节机构，并对该方法进行了分析讨论以一个综合所得的典型模块关节机构为实例，对该模块机构进行分析，对机构模型通过设计优化转化为工程实际应用关节模块。并通过以该关节模块为基础，组合设计出两关节单自由度柔性工具以及四关节两自由度柔性工具，并把该柔性工具应用到微创手术机器人器械以及单孔微创手术机器人中。基于电磁感应原理，提出直接操作手术器械控制手术机器人的全新主从操作方式。把传统开口手术的操作模式直接引入机器人主从操作中，医生通过直接操作普通手术器械，即可实现机器人主从控制操作，极大提高了手术的直觉沉浸感，降低手术成本。本文分析并讨论该操作方式的特点，并提出磁感应主从操作下的安全性控制策略，从控制算法上保证主从操作的安全性；同时比较分析了不同操作方式和不同操作主手的特点。针对柔性器械的问题，对手术机器人柔性工具进行标定，改进现有柔性工具中存在的驱动精度问题，并利用所设计的微创手术机器人进行性能实验以及动物实验；同时初步验证了柔性工具的双驱动可行性，验证了基于模块关节的柔性工具的运动可操作性和缝合可行性；对磁感应主从操作进行主从跟踪控制实验，并实验结果进行分析；通过多次实验统计手术操作时间，验证主从跟踪的稳定性与适用性。