机器人技术进入医疗领域,改变了传统的手术方式,进一步推动了机器人技术理论的发展。针对脊柱微创手术特点以及传统脊柱微创手术中存在的问题,课题组设计了一套框架式微创手术机器人系统,用以辅助医生进行脊柱微创手术操作。本系统包括虚拟手术系统、遥操作系统和机器人控制系统。本文在框架式微创手术机器人平台搭建完成的基础上,提出一套适用于临床手术的高精度控制方法,具体内容划分如下:1)分析脊柱微创手术所需的手术空间,结合脊柱微创手术特点,确定框架式微创手术机器人应有的机械机构,在此基础上设计该机器人控制系统结构,包括控制系统硬件结构图、软件结构图与流程图。2)运用D-H参数法建立了框架式微创手术机器人运动学模型,并采用代数解法求出机器人逆运动学方程,通过MATLAB仿真实验验证运动学模型的正确性,并进行虚拟手术系统与机器人控制系统整体性能测试。3)分析机器人定位误差产生原因,提出基于机器人末端位置误差矢量的机器人运动学参数误差模型的建模方法,通过设计标定实验辨识出框架式微创手术机器人运动学模型几何参数误差,通过误差补偿得到真实的机器人运动学模型。实验结果表明,该标定方法可以有效降低框架式微创手术机器人的绝对定位误差。4)分析在关节空间、笛卡尔空间中构造轨迹的典型方法,设计适合框架式微创手术机器人运动控制的轨迹规划方法。轨迹跟踪表明,本文的框架式微创手术机器人有良好的轨迹跟踪性能。以上的研究工作为今后该项目进行临床实验应用奠定良好的基础,论文中的相关理论、实验方法能为其他相关手术机器人领域的研究提供一些参考。