机器人在现代社会中的作用越来越重要,应用也越来越广泛,特别是医疗机器人,在辅助医生进行手术时起着至关重要的作用。机器人未来的市场将是非常广阔的,而医疗机器人是医疗器械行业研究的重点,它能够协助医生更好的进行医疗手术,提高手术的效率与成功率。因此,更高精确、更高灵活度的机器人备受关注,而作为其核心的控制系统及控制算法更是研究的重中之重。本文基于医疗机器人设计了控制系统,主要是完成以下几方面内容。首先是对机器人的运动学进行建模分析,本文采用D-H方法首先建立了机器人的坐标系,进而求得连杆参数表,由这些参数通过计算得到变换矩阵,并完成了机器人正逆运动学解。由于逆解存在多组解,故提出了基于能量最优的逆解选择法。接着是机器人的控制算法部分,重点在于轨迹规划。轨迹规划分为关节空间和笛尔空间,主要是针对笛卡尔空间下的直线和圆弧的轨迹规划算法进行研究,并提出三次样条曲线的控制算法。然后是机器人控制系统的设计部分。包括软硬件的设计,参考运动控制领域的常见做法,将医疗机器人的控制系统软件分为上位机应用程序和下位机控制程序两部分。上位机负责开发用户界面并发送指令信息给下位机。下位机即LMC058运动控制器,负责接收指令并进行相应的处理后驱动电机转动。这部分的重点在于下位机运动控制程序的设计,分为运动学程序、上下位机通信程序和PLC控制程序三部分。设计的重点是要完成单关节运动、多轴同步运动、导航定位运动以及拖拽运动。在PLC控制程序部分重点实现了基于电子凸轮的6轴同步控制方案。最后是对该控制系统进行实验与测试,通过实验来验证系统的可靠性,验证运动过程的平稳性与准确性,以及验证运动控制算法的可行性。实验的项目主要包括多轴联动测试、导航定位测试和钻钉道手术测试。