本文旨在开发由CT图像导航的肺癌近距离放疗手术机器人系统,通过分析临床手术的需求及条件限制,对机器人的结构和控制系统进行了设计及制作,并完成了在实验室和CT环境下的精度验证,主要工作及研究成果如下:首先,基于临床手术流程进行了机器人设计需求分析,完成了4自由度的连床式串联机器人设计。为保证足够的工作空间以及紧凑的机械结构,利用弧形导轨实现了机器人在CT床上的双侧灵活安装,对机器人整体进行了基于临床环境的外观设计,并完成了机器人和外壳的加工、装配和调试工作;然后,设计了针对本机器人特点的注册方法,解决了机器人在CT环境下系统坐标系之间的转换和定位问题。为验证机器人的工作空间并实现机器人的点到点控制,运用D-H参数法进行了运动学分析,根据运动学正解绘制出了机器人的可达工作空间,并求解出了点到点控制所需的逆运动学模型;其次,根据控制系统需求进行了基于内核单片机的嵌入式运动控制系统设计,包括硬件设计与软件设计。其中硬件部分完成了电路原理图和PCB的设计,并完成了电路板的制作及调试;软件部分完成了单片机的编程,通过RS485总线实现了与治疗计划系统软件的通信,利用μC/OS-Ⅱ实时操作系统解决了机器人多轴联动问题;基于以上工作,完成了控制系统硬件、软件和机器人结构的整体联调;最后,完成了机器人在实验室和临床CT环境下的精度验证。在实验室环境下,利用激光追踪仪和惯性测量装置测得机器人绝对定位精度为0.28 mm,重复定位精度为0.09 mm;在CT环境下,机器人响应可靠,同时机器人在CT环境下具有良好的兼容性,通过三维重建及测量CT图像,得出机器人的注册精度为0.49 mm,机器人在水凝胶中的穿刺精度为1.5 mm,实现了小于2 mm的设计目标;通过临床手术模拟实验初步验证了粒子植入精度。