本文旨在设计一款高精度的基于核磁图像导航的前列腺穿刺手术机器人,在分析核磁兼容手术机器人设计需求之后,基于不同的理念,设计出三款机器人虚拟样机。通过设定评价指标,对机器人进行了最优化选型。针对甄选出的最优机器人构型,对其涉及的机器人传动丝精度问题和误差补偿等关键技术进行了深入探讨,本文主要研究内容如下所述:首先,根据核磁兼容机器人受限空间的设计需求,设计了三款核磁兼容手术机器人虚拟样机。分别运用不同的方法进行运动学分析和雅克比矩阵推导。最后根据机器人工作空间、运动灵活性、核磁兼容性和控制难易程度甄选出第三类机器人为最佳构型。其次,针对传动丝在基于丝传动的核磁兼容机器人中起的关键作用,对可能影响丝传动系统行为的因素做了详细的探讨。根据库伦摩擦力分析模型,研究了丝在传动过程中的力学行为。利用动力学分析软件(ADAMS)对丝的传动过程进行动力学仿真,得出了影响传动丝精度的四个主要因素的排列顺序。最后,对第三类机器人进行了静力学分析和刚度分析,建立了第三类机器人的误差补偿模型。搭建了第三类机器人的控制补偿实验平台,实验对比了基于运动学模型和基于误差补偿模型的误差补偿结果,表明在提高机器人精度中应用误差补偿模型具有很大优越性。