植牙手术机器人将是医疗外科手术领域一个全新的突破,但是现有植牙手术机器人结构繁杂,末端缺乏灵活性,难以顺利地实现口腔内的钻孔操作。本文紧密结合植牙手术实际,设计了一种结构更加紧凑、灵活性更高地六自由度植牙手术机器人,并对其运动学问题以及动态特性进行了相关研究。(1)研究了植牙手术机器人的构型综合。根据总体设计要求,对比分析各类机器人构型的优缺点,选择了适合植牙手术机器人的构型。(2)对植牙手术机器人进行了结构设计。根据构型综合,给出了植牙手术机器人的整体结构,其结构更加轻巧紧凑,灵活性较高。然后对末端钻孔系统进行了静力学分析,得出其结构设计符合强度要求。(3)利用D-H法求解了植牙手术机器人的运动学正、逆解,并利用微分变换法求出了机器人的雅克比矩阵,为系统控制奠定基础。然后,利用Robotics Toolbox和ADAMS分别对其进行了运动学仿真,验证了运动学模型的正确性。最后,利用蒙特卡洛法对其进行了工作空间分析。(4)建立了植牙手术机器人的有限元模型,利用ANSYS Workbench分析其动态特性,主要包括模态分析和谐响应分析,其中模态分析得到了植牙手术机器人结构的振型和固有频率,谐响应分析得到了植牙手术机器人的结构在频率105Hz和844Hz处容易发生共振,为工况下防止出现共振现象提供了重要的参考依据。以上研究成果和结论为植牙手术机器人的设计和控制提供了理论基础,同时进一步加速了植牙手术机器人应用于临床的脚步。