机器人辅助微创手术在外科手术领域已迅速崛起,成为医疗领域的发展趋势。本文面向复杂手术需求,针对“妙手S”微创手术机器人的工作要求,以同构控制主操作手为研究对象,系统阐述了同构控制主操作手的构型设计、运动学分析、机构评价与优化,以及主操作手操作舒适性分析及优化,并通过实验对主操作手的工作性能进行了测试分析,具体内容如下:首先,以手术需求及主操作手设计要求为基础,根据最新手术器械构型完成了7+2自由度同构控制主操作手的机构设计,同时分析了主操作手机构运动学和Jacobian矩阵,并对其工作空间进行了对比分析,完成了“妙手S”手术机器人系统主操作手的设计工作。其次,对机构评价体系的方法及应用目的进行了分析和总结,以Jacobian矩阵条件数为机构评价指标对主操作手机构参数进行优化。提出主操作手操作舒适性概念,以及两个操作舒适性评价指标,空间重合度C和中心距离R,以两个评价指标为基础提出操作舒适性优化函数,对主操作手的操作舒适性进行了优化。最后,设计了机器人手术操作培训“套环”实验,以参与者在不同相对位置下的操作效果为评判依据,验证了本文提出的操作舒适性评价方法的正确性和有效性。通过实验测试量化了主操作手在综合因素影响下的直线运动误差,以减小误差进一步提高控制精度。