传统外科手术中,由于肿瘤组织的硬度通常会发生显著变化,医生可以通过触诊来获取肿瘤组织的位置、大小及形状等病理信息,辅助确定切除范围。近年来微创手术以其手术创伤小、术后恢复快、手术风险小等优点发展十分迅速。随后又出现了机器人辅助微创手术,它的优点是运动定位准确、手术器械振动小、手术时间短等。但在微创手术中,由于医生无法用双手触摸手术部位组织,传统的触诊方式不再适用,术中对肿瘤进行定位成为一大难点。同时触觉反馈的缺失可能导致术中不慎对正常组织造成损伤,甚至伤害到重要器官。将触觉传感器引入微创手术机器人,为微创手术建立触觉反馈并通过机器人触诊方式实现肿瘤的探测,可以有效改善上述问题。针对机器人辅助微创手术对触觉反馈和肿瘤定位与形状检测的需要,本文主要研究设计了一种面向微创手术机器人的触觉传感器和利用该传感器实现肿瘤触诊探测的方法。首先,根据微创手术对触觉传感器的功能需求,本文研制了一款基于压电振动的硬度触觉传感器。通过一种独特设计的双层悬臂梁结构,该传感器不仅可以利用与组织接触后自身谐振频率偏移及压电陶瓷电阻抗变化的原理,实现对传感器与组织接触瞬间的感知和指定位置处组织硬度的测量,为微创手术重建触觉感知,还可根据待测组织硬度范围的不同调节自身灵敏度,保证对任意硬度的组织样本硬度测量结果的准确性。将传感器与组织样本的接触模型简化为一个二自由度振动系统,给出该系统谐振频率公式,从理论上验证了传感器测量组织硬度和调节自身灵敏度的原理。通过有限元仿真验证了传感器设计方案的可行性,最终制作了传感器实物并搭建了实验平台,通过硅胶样本硬度测量实验对传感器进行了实验标定,在此基础上通过猪肝组织硬块探测实验验证了传感器实现触诊肿瘤探测的能力。其次,为了实现肿瘤的定位和形状检测,本文提出了一种基于高斯过程回归的肿瘤快速探测算法,该算法可根据组织样本局部硬度测量结果对肿瘤的位置和形状进行估计,并可不依赖医师的经验而自主地选取下一个最优的触诊探测点,从而不断优化估计结果,最终得到准确的肿瘤位置和形状。通过研究改进算法中的触诊采样点选取策略,改进后的算法可以实现样本中多个肿瘤的同时探测,同时大大降低传感器的总移动距离,从而缩短探测时间,提高探测效率。最后,本文利用上述触觉传感器和肿瘤快速探测算法,以六轴工业机器人为主体搭建了一套机器人自主肿瘤触诊探测系统,对系统中的硬件组成进行了设计和选型。设计了肿瘤探测流程,并编写了上位机软件系统。最终搭建了机器人自主肿瘤触诊探测实验平台,通过内嵌硬物的硅胶样本,验证了系统实现自主肿瘤触诊探测并确定肿瘤位置和形状的能力。