中文摘要：

申请人面向国际学术前沿和国家重大需求，在机器人系统设计方法、多体系统动力学理论与工程应用领域取得了在国际、国内有重要影响的研究成果。近五年，应邀参加国际学术会议并作大会主题报告1次、国际学术会议大会特邀报告1次，国内会议大会邀请报告2次；发表论文82篇，其中国际学术刊物论文15篇(JCR一区论文5篇)，国际核心学术会议18篇；被SCI收录12篇，EI收录47篇，Scopus收录48篇；文章他引391余次；主持承担国家自然科学重点基金、国家863计划重点项目、国际合作项目等共30余项；申请发明专利24项（已授权14项）；获省部级科技奖6项，并取得多项荣誉称号。拟开展工作将密切结合国家对数字化医疗装备的需求，针对微创外科手术机器人系统，应用多体系统设计理论，围绕缝合打结操作科学问题开展研究，研制自主知识产权系统样机，为手术机器人系统设计提供的理论方法和技术基础。

结论摘要：

(1) 计及软性体的多体系统动力学理论方法研究 机械系统是由若干个刚性或柔性物体相互连接所组成，多体系统理论是机械系统的抽象描述。本项目提出软性多体系统（如钢丝、组织器官）理论方法，建立了软体（丝）系统动力学模型，分析了多体系统动力学行为的不确定性因素，探究了蠕变与摩擦等情况下丝传动机构的动力学行为，阐明了缝合打结过程动力学规律。 本项目多体系统理论方法推广应用于数控机床设计取得显著经济效益和社会效益，2013年获得国家科技进步二等奖（第1获奖人）。 (2) 微创手术机器人系统设计方法研究 微创手术机器人通过微小切口将医生手术复杂动作映射至机器人工具末端，以实现体内深腔手术操作。本项目针对腹腔与喉部微创手术，基于多体系统理论，以缝合打结为典型手术任务，开展具有力感觉的外科手术机器人系统设计方法研究，首次提出微创深腔空间下弯曲扭转打结法（BTKT），实现深腔空间缝合打结机构设计，解决了丝驱动机构多自由度运动耦合问题，研制成功国内首台微创外科手术机器人--“妙手”系统（MicroHand A），实施了20余例动物实验。该系统通过手术力检测与补偿模型，融入了主从操作双向力反馈功能，使手术医生首次实现由“无感觉”变为“有感觉”。研究成果发表于主流国际学术刊物，受到国内外学术同行的关注并多次引用评价。国内重要媒体对“妙手”系统予以报道，入选国家十一五重大科技成就图片展，并获得十二五科技支撑计划以及国家基金重大项目支持，以实施成果转化和基础研究。 (3) 微创手术器械设计技术研究 器械是微创手术过程中不可或缺的操作工具，其机械结构、传动方式、操作功能等方面的设计合理性，将直接影响手术操作的适用性、灵活性、精准性，从而影响手术效果与质量。本项目针对微创器械设计共性问题和吻合缝合等功能部件开展研究，提出了微创器械丝传动布局与结构设计方法，开发了微创外科多自由度手术工具。该技术有效增加了器械灵巧性，减小了工具直径，进而减少对患者的创伤。通过与医疗器械企业合作，开发了系列化微创器械产品，于2011年获得美国FDA认证，2013年获得欧盟CE认证，取得显著经济和社会效益。2013年获得天津市技术发明一等奖（第1获奖人）。 培养博士生24人，已毕业12人，硕士生15人，已毕业8人。申请发明专利30项，授权17项，发表高水平论文19篇。