随着当今社会人们生活节奏加快及工作压力不断增大,胃肠道疾病愈发普遍。其中胃病在人群中的发病率居高不下,且有继续增大的趋势,中国有近十分之一的人患有不同程度胃部疾病。然而胃病在前期表现往往并不明显,极易被忽视,从而可能发展成为更加严重的胃部疾病。针对胃部器官内部的检测,胃镜检测技术是目前最有效的检查手段,然而传统的插管式胃镜检测技术在检测过程中会给患者身心带来较大伤害,容易使其产生抗拒心理。胶囊内窥镜技术克服了插管式胃镜的缺点,实现了无痛检测。胶囊内窥镜从驱动方式上分为主动自驱动式及外界磁场引导的被动式,前者受限于自身运动时的能量损耗,难以长时间工作,且运动能力有限;后者通过外界磁场引导方式,完全规避了这一弊端,能够实现胶囊内窥镜在人体内运动,检查效果较好。本文设计了一款龙门式磁控导航机器人设备,通过其末端携带的永磁体引导人体内胶囊内窥镜运动。文章对机器人结构设计、运动分析及结构优化等方面做了全面系统的工作,具体内容如下:首先,根据实际工作场景和使用要求,完成了机器人结构方案设计。经过前期过多种设计方案对比,最终确定机器人整体结构为龙门坐标式结构。完成标准件选型工作,并不断细化结构设计,建立了机器人机械结构的三维模型。其次,根据建立的三维模型,基于D-H法建立机器人的连杆坐标系,并确定相关的参数,并推导出机器人运动学方程。利用MATLAB及ADAMS软件对机器人在实际工作中的运动情况进行运动学仿真及轨迹规划,验证初步设计的合理性。然后对机器人整体主要零部件进行静力学分析,校核前期机械结构刚度及强度是否满足设计要求,借助ANSYS Workbench软件基于响应面优化方法对结构零部件进行优化设计,降低了零部件质量或最大变形量,提升了设备的力学性能。最后,基于医疗器械对安全性及可靠性要求,结合产品部件尺寸参数及材料属性的不确定性,对关键部件进行了可靠性分析,基于拉丁格超立方取样方法对不同设计变量进行随机取样并组合成不同设计点,得到了零部件最大变形量的分布情况,保证了结构设计的可靠性。