随着科学技术的快速发展,在医学领域出现了各种先进的医学影像设备,如CT(computed tomography)、MRI(magnetic resonance imaging)等,利用这些设备提供的图像信息,医生可以更准确地对患者的病情进行诊断和治疗。但是,到目前为止,医生在进行神经外科微创手术时,主要还是凭借视觉的主观判断和积累的手术临床经验来决定手术路径,即使经验很丰富的外科医生有时在手术中也不能完全确认手术器械当前所在的准确位置。 神经外科微创手术机器人系统是计算机辅助的外科手术平台(Computer Assisted Surgery,CAS),是研究和开发的一种新型的人机协作系统,利用导航控制系统将医学影像处理辅助诊断系统和机器人有机组合,进行脑外科微创手术方案的规划和手术流程的计划,自动导航机器人所夹持的手术器械(工具)实施空间立体定位姿(位置和姿态)的手术。 本文将基于机器人的基本原理,完成对六自由度的机器人按任意特定的位姿指令实施自动导航控制的作业,提出了对机器人进行精确操作的控制方法和途径,为神经外科提供一种经济实用的新型计算机辅助的外科机器人手术平台。 本论文是以本人参加开发的一个大型微创手术机器人系统项目为对象进行研究的。由于该系统的复杂程度,使得每一个开发者只能做一部分工作,我主要做的是微创手术机器人自动导航运动控制部分,同时解决了空间坐标系变换、工具文件库的建立等问题,实现了多工具转换的方法,还设计了手动控制机器人系统运动的遥控盒装置。 本文第一章主要是介绍微创手术机器人系统的发展状况以及本课题的研究内容;第二章主要是完整的微创手术机器人系统的组成、体系结构的研究,对微创手术机器人系统的开发进行整体规划设计,并选择了合适的开发工具;第三章建立空间坐标系的数学模型,实现系统各空间坐标系的转换与配准;第四章解决了手术作业过程中的多工具切换以及手术工具的定位姿运动问题;第五章是详细介绍手术系统的运动控制方法,对自动导航子系统进行了详细研究;第六章对本论文的研究工作进行了总结,主要概括了本课题所做的主要工作、相关领域的技术发展动态、系统改进的方向和可能采取的技术手段等方面的内容。