针灸机器人的发展还处于萌芽阶段,现有的工作大多只是局限于机构的设计,对于能配合人完成任务的针灸机器人系统没有成熟的理论体系指导。本文从针灸任务出发,分析出针灸任务需要手眼力三者互相协调才能完成,继而提出针灸机器人的手眼力协调框架;接着按照手眼力协调框架把针灸任务拆解成手眼、眼力、手力三个问题,并结合具体任务设计解决方案,接着通过具体实验验证方案的可行性;最后探索针灸机器人的交互方式。本文的主要工作包括:1.提出针灸机器人的手眼力协调框架针灸任务需要医生具备手眼力协调的能力,放诸针灸机器人同样适用。本文提出手眼力协调的框架,其中手代表着针灸机器人的末端执行器的位置控制、眼代表着机器人的视觉传感单元、力代表着机器人与患者发生的接触程度,三者互相协调才能完成任务。2.设计针灸机器人手眼、眼力、手力协调问题的解决方案针对手眼协调定穴刺针的问题,设计基于标签轮廓的HU不变矩特征匹配和KCF追踪算法的多标签辨识的视觉子系统;接着根据视觉子系统处理得到的控制信号量,配合图像雅可比矩阵和单目视觉的分层策略进行控制。针对眼力协调视觉估计力大小的问题,分析接触时力的交互状态,将问题转化为观测施力方的形变。接着设计从摄像机标定消除畸变,到特征标签的选取和定位,再到基于特征位置的力估算方案。针对手力协调中押手恒力按压的问题,设计皮肤变刚度模型的最小二乘法估计,以及牛顿法求解控制量的开环控制方案;针对刺手安全防护问题,提出通过计算离散卷积的力指标来判断是否刺到骨头,继而能及时退针的闭环控制方案。3.提出基于姿态模仿的多自由度控制策略以及基于手势的人机协作控制方式首先根据针灸机器人多自由度控制问题提出基于肢体模仿的实时控制方式;接着提出基于金字塔fHog特征的多尺度多手势识别方案,结合上文阐述的具备一定自主能力的手眼力协调机器人系统提出基于手势识别的人机协作控制方式。