微创手术机器人突破了传统的诊治理念，给医师和患者均带来了诸多益处，成为当今学术界的研究热点。手术器械是微创手术机器人系统中直接与患者相接触的部分，其性能对手术质量有重要影响，在整个机器人系统中占据非常重要的位置。因此，本文对微创手术机器人手术器械设计理论与方法进行研究，开发成功微创机器人用多自由度手术器械。本文的主要内容如下：首先，以腹腔微创手术为例，根据手术操作特征，确定腹腔微创手术对微创机器人手术器械的需求进而综合两种不同的手术器械设计方案。通过运用D-H法和螺旋理论对两种方案进行运动学分析，获得雅克比矩阵，进而根据各自的奇异性与工作空间分布，确定了手术器械的最终设计方案。其次，在上述理论分析的基础上，对手术器械进行了构型设计，完成了器械传动系统的布局优选、传动丝的张紧功能实现及具有快速更换功能的动力接口设计，并结合不同手术操作的需求，研制成功多套微创器械样机。再次，在建立手术器械的动力学模型的基础上，对手术器械的轨迹跟踪功能进行分析，设计出自适应神经网络轨迹跟踪控制器，并运用Matlab/Simulink对所设计轨迹控制器的性能进行仿真验证。最后，结合手术操作需求，对器械样机开展相关实验研究，实验结果显示所设计的多自由度手术器械的综合性能指标符合机器人微创手术的要求和规范。