牙齿缺失会影响咀嚼、发音、容貌以及消化等功能,严重降低患者的生活质量。种植牙作为牙齿缺失后最有效的修复手段已经成为临床的首选修复方式。但种植手术操作复杂,自由手、静态导板及动态导航等手术方式都要求医生具有较高的手术技能,在口腔狭窄空间内完成手术操作的难度很大。机器人辅助手术因为具有较好的稳定性且能够降低医生的劳动强度,成为了保证手术质量的重要手段。而人机协作技术能够实现机器人与医生在手术操作中的良好协作,受到了广泛关注。目前在口腔种植领域,种植机器人研究主要集中在种植手术的自动化及精度控制,而对于临床手术场景下机器人操作容易出现的问题和人机协作控制技术还较少涉及。本文针对种植手术的临床需求,搭建基于协作式机器人的口腔种植机器人系统,重点研究解决种植手术操作中的人机协作控制技术,为实现医生与机器人良好的人机协作操作奠定基础。论文主要的研究内容和取得的成果有:(1)分析了种植手术整体流程及种植手术的相关术式、并发症及术中情况,总结了种植手术对机器人在人机协作操作方面的需求,主要包括易直接操控、可临时调整手术方案、支持术中随时中断及恢复手术操作等。(2)使用ROS及离散式控制指令构建机器人运动指令的执行机制及任务调度,建立了机器人系统的状态机模型,使机器人系统能够实现术中操作中断及恢复。通过协作机器人轻量化及支持反向驱动的特性,实现手动牵引机器人末端运动,提升了机器人手术操作的灵活度和适用范围。(3)分析了种植机器人辅助手术中目标定位涉及的各个单元及其坐标系关系,定义单独的钻针坐标系实现机器人控制动作编制与实际位姿的分离。提出通过固位导板与视觉标志结合的视觉定位方法,设计了基于二维特征的视觉位姿估计算法。(4)提出手动牵引机器人粗定位、机器人自主精定位的人机协作定位策略,降低了术中定位操作和避障的难度。搭建种植机器人手术实验平台,结合数字化种植方案和视觉定位器完成基于人机协作操作的种植备孔实验。实验结果表明,模拟种植的精度能够满足种牙的临床要求,种植手术操作过程中的人机协作具有较好的可行性。