题目：脊柱外科机器人系统的设计与实现

脊柱外科机器人是医用机器人在外科领域中的一个新的尝试。传统脊柱外科手术存在着手术风险高、时间长，医生易疲劳、经验要求高，难以广泛开展等问题，脊柱减压术中磨削椎管存在着手术设备、操作和监控等三个不安全因素。针对磨削椎管不安全这一问题，本文结合机器人技术、传感检测技术、模糊逻辑理论、机电控制等先进技术，开发出一套脊柱外科机器人系统，用于安全的手术操作，达到较好的解决效果。 首先分析了脊柱外科手术特点和临床需求，开发了一种小型机器人机构和具有实时检测磨削力功能的检测系统。同时开发了一套适用于安全的脊柱外科手术的机器人控制系统，由监控磨削过程的检测子系统、完成磨削手术操作的运动驱动子系统和再现磨削信息状况的控制显示子系统等三个部分组成。完成了系统的硬件与软件的设计与实现，并对安全设置方面进行了研究。该系统具有自主磨削椎壁、磨削路径规划、关节运动控制、磨削力实时检测与图形化显示等功能。 然后通过大量实验获取磨削过程中磨削力的特点及其与椎壁厚度间关系，对实验数据进行分析，总结规律，提出基于力反馈的安全控制策略并应用于机器人的磨削操作中，仿真实验证明了其可行性。同时结合模糊逻辑理论对磨削过程进行研究，提出一种基于模糊控制的安全的椎壁磨削控制方法。仿真实验证明了该方法的可行性，为下一步进行临床手术实验提供理论依据。 最后使用机器人系统进行模拟骨手术实验，实现了机器人安全的自主磨削手术操作，达到手术要求。 模拟骨实验证明脊柱外科机器人系统的可行性，说明基于力反馈控制策略具有临床实用价值。将实验结果与传统手术进行比较，说明使用脊柱外科机器人系统实施手术具有手术精度和安全性高、手术难度小、时间短、减轻医生疲劳等优点。