● 摘要
口腔种植是目前修复牙缺失最有效的方法。随着口腔种植手术病人逐年增加，有关口腔种植的研究也逐渐增多。现代医疗引进计算机辅助种植技术CAI,改变了传统口腔修复的概念，使得口腔修复手术能够在术前进行方案规划，在术中实时监测，术后效果评估。这一技术推动了口腔种植学从传统的定性向定量的方向发展。本文结合口腔种植学临床应用实际，以提高口腔修复的成功率尤其是手术可视化提高和手术安全性为目的，结合手术外科机器人在临床应用当中的优势，开发了针对口腔种植手术的口腔种植机器人平台，以该平台为基础，研究手术方法。利用口腔种植机器人平台，本文从口腔种植机器人系统的体系结构出发，对手术环境信息获取问题、虚拟空间和真实手术空间的映射问题、机器人手眼协调问题、基于位置的视觉伺服和基于视觉的导航进行了深入研究。
首先，针对口腔种植的临床需求，传统手术获得术前高精度种植导板困难、在口腔这样的狭小空间医生操作困难并且无法准确把握钻孔深度导致手术失败、手术安全性无法得到保障，需要引入数字化口腔种植技术。结合机器人技术应用情况，建立了口腔种植机器人系统体系结构。该结构主要包括：针对狭小空间的种植导板和操作头，双目视觉传感平台，六自由度机器人系统以及具有良好人机交互环境的手术规划、视觉导航和机器人实施控制软件平台。
其次，基于该平台提出了基于位置的视觉伺服问题。针对手术器械位置获取问题，基于双目视觉平台，研究了相机内参数标定和立体标定，目标识别和三维重构方法。在立体视觉的基础上，研究多空间的映射算法。针对机器人控制和获取手眼关系，进行了机器人控制方法和手眼标定的研究。为了完成机器人按照虚拟规划的操作，提出并实现了随动。为了增加手术的可视化程度，提高导航精度，研究了手术导航注册算法以及术中导航的实现方法。
最后，针对口腔种植独特的狭小空间操作问题，提出一种基于视觉的机器人路径规划方法，实验验证可行性；针对扩孔需要更换钻头手术时间较长的问题，提出了单钻头扩孔的方法，并且实验验证了扩孔轨迹的准确性；针对手术导航注册算法和机器人操作定位精度进行了模型实验。