牙体制备是临床口腔修复中的常见基础操作,传统的牙体制备方法是医生手持涡轮手机对目标牙齿进行切削,存在着精度低、噪声大等问题,并容易出现医源性损伤。使用激光备牙机器人进行备牙,可以发挥数字化技术以及激光技术的优势,解决上述的缺陷与不足。针对现有的激光备牙系统存在的不能实现剥离式切削、加工精度低、监控效果差、Z向定位时间长等亟待解决的问题,本文设计了新一代的激光备牙机器人,对激光备牙机器人的光学系统、机械结构、振镜控制的位置反解方程、加工误差模型、音圈直线电机的控制策略等问题进行了较为深入的系统的研究。光学系统在三轴扫描系统的基础上,采用了非远心扫描系统的设计,使主光线产生了一定的倾斜,避免了挡光现象的发生,从而实现了剥离式切削。通过在Zemax软件中建立光学系统的仿真模型,验证了方案的可行性。平凸透镜采用平面入射、凸面出射的新安装方式,光学系统性能得到改善,像差更小。机械结构系统采用集成化设计的思想,减少了零件的数量以及装配的环节,从而提高机械系统的精度。牙齿找轴器的设计,解决了牙齿定位器在目标牙齿上定位的问题,牙齿找轴器通过夹紧牙齿轮廓面确定牙体的长轴。监控模块采用内窥镜-反射镜-二向色镜的设计方案,实现了监控系统的小型化,并提供了辅助光源,改善了成像效果。为了提高激光备牙机器人的加工精度,本文分析了图像失真的原因,给出了图像失真补偿算法的软件实现方法,经验证此算法获得了良好的校正效果;另外本文分析了扫描镜偏置产生的影响,并提出了采用虚拟转轴的解决方案。为了解决Z向定位系统定位时间长、稳态精度差的问题,本文研究了音圈直线电机的控制策略,音圈直线电机在三环控制的基础上采用了前馈控制以及模糊控制,经Matlab仿真验证,系统的过调量及跟踪误差更小,调节时间更短。新一代激光备牙机器人的设计,解决了目前临床应用需要解决的一些关键问题,为激光备牙机器人进一步完善奠定了基础,加快了激光备牙机器人替代传统备牙方式的进程。