● 摘要
本文以国家“863”计划“骨科机器人辅助手术系统在远程手术中的临床应用研究”和国家杰出青年科学基金“特种机器人”项目中骨科手术导航系统研究为背景，阐述了辅助股骨颈骨折手术机器人系统开发过程中几个关键问题的解决方案，包括机器人构型、定位精度分析、系统优化三个方面，使系统实现了空心钉路径规划的功能，并开发出了可应用于临床手术的机器人系统。首先，根据传统的股骨颈骨折内固定手术的需要，确定机器人系统的主要功能，利用双平面算法的基本原理，设计机器人系统机械本体构型，建立基于射影变换的空间定位算法的数学模型，从理论上分析机器人系统的构型特点和运动学性能，并开发出实物模型。其次，通过一系列模型实验和临床实验，测试该模型定位算法的精度，验证是否满足临床应用的要求，并根据实验数据，采用蒙特卡罗法从理论上分析系统模型的定位精度及相关的主要影响因素，为系统模型的进一步优化奠定基础。然后，根据理论计算的结果和实验中存在的问题，本文采用模糊优化方法对机器人系统进行优化。在保证机器人系统定位算法精度和手术中所需最小工作空间的条件下，优化机械本体的构型，合理设计定位模块的结构尺寸，并对优化后的机器人系统进行简要的分析与对比。最后，本文外科机器人系统开发的工作进行评价、总结。