本文密切结合我国对高端治疗装备的需求，围绕手术机器人系统的若干基础理论与关键技术，以腹部微创手术为典型应用对象，开发主从一体式微创手术机器人系统样机。全文取得如下创造性成果：利用集成创新的概念，并结合双平行四边形机构的优点，提出了一种新型的满足微创约束的构型形式，并在运动空间/机构体积约束下，对该机构进行了优化设计。该机构已成功应用于我国首台主从式腹腔微创手术机器人“MicroHand A”中。为增加满足微创手术约束条件机构的多样性，结合经典Sarrus机构的运动特点，提出了一种基于相交平面的空间RCM机构综合方法。利用本方法，通过在平面内设计不同类型的串联机构，可以得到多种不同类型的新型闭环RCM机构，部分机构具有向临床应用转化的潜力。在机器人初始位姿优化方面，以机器人的可达性为约束条件，以全局条件数指标为优化目标，建立了一类采用添加被动关节方式实现微创约束的机器人术前位姿优化流程，并通过算例验证了所建流程的有效性。针对传统微创操作中存在的困难，建立了运动一致性控制、相对式运动控制和增量式控制等控制策略，实现了操作者对手术工具末端运动的直觉控制。根据上述策略的需求，进一步建立了机器人主从空间运动的映射方法和各功能的实现流程。在保证辅助手术的流畅性与安全性方面，设计人工干预映射策略，建立了手术工具撤离与安装时的机器人安全运动算法，并重点研究了保证电气系统安全性的手段。在新型微创手术机器人系统设计方面，创造性地提出了主从一体式微创机器人系统的设计概念，并对机器人各子系统进行了详细设计；此外，以对我国常见疾病的快速有效治疗为驱动，首创对实性脏器在微创条件下进行有效处理的止血切割手术方案，并完成了该新型手术操作所需的专用器械的设计。在实验研究方面，对系统的实时性、主从延迟、操作力、主从运动策略等性能和功能进行了测定和验证，并分别通过离体组织实验和动物实验验证了所建立微创手术机器人设计方法的有效性。