随着机器人技术与医学技术的发展,机器人被广泛应用于医学手术当中,出现了一些比较成熟的外科手术系统,比如达芬奇系统、宙斯手术机器人系统等。这些手术系统不是专门针对喉部手术的结构特点进行设计的,不适合应用到喉部手术当中。喉部手术机器人主要分为两类:非经口喉部手术机器人和经口喉部手术机器人。非经口喉部手术机器人系统需要在体外切开一定的创口从而到达喉部进行手术,此种手术方式对于正常组织器官具有一定的损害且加大了病人感染的风险;经口喉部手术机器人系统是通过手术机器人搭载手术器械经口腔直接到达喉部位置进行手术,避免给病人带来额外的伤害,减小术后感染的风险。国外对于经口喉部手术机器人系统的研究取得了一定的进展,也出现了一些成熟的产品(Medrobotics公司开发的The Flex系统),但该技术和产品对于国内存在一定的技术壁垒;而且国内对于经口喉部手术机器人的研究刚起步。针对于此,本文拟对经口喉部手术机器人远程操作的关键技术进行研究,为开发经口喉部手术机器人系统提供技术保障。该系统能够实现喉部手术机器人的远程操控及力反馈等功能,在此基础上还嵌入了虚拟操作系统,可以模拟手术环境和操作,帮助操作者进行训练或术前模拟等,为此,开展相关的多类型机器人合一的远程操作的控制系统技术研究。首先,本文分析了经口喉部手术的相关需求,并以此为依据进行系统整体结构的分析与设计,采用关节型机器人和柔性机器人相结合的方式既能够方便快捷的进行位姿调整与进给又能够进入到喉管内部进行操作;然后,根据喉部的生理空间和手术的基本操作进行了喉部手术机器人从手结构的设计,包括关节型从手的选取和柔性从手的结构设计,并分别对两种从手进行了运动学分析,建立了从手的运动学模型。此外,还针对柔性从手进行了工作空间的分析及运动学仿真。其次,根据喉部手术的需求,制定了远程操控系统的控制结构需求并进行了控制系统结构设计,采用位置-力综合型双边控制结构作为系统的控制框架,既能够保证操作的精度也能够保证系统的透明性;在此基础上,进行了多类型从手的位置控制策略和力反馈策略的研究,其中关节型从手采用增量式变比例的控制策略,柔性从手采用的是增量式变比例分段控制策略;系统的力反馈策略采用的是位置误差力反馈策略,既能够提高系统的安全性也能够减小主从跟踪误差。最后,进行了原理验证样机的实验平台搭建,包括虚拟手术系统的搭建和实物原理样机的搭建,并在该实验平台上进行了虚拟手术系统实验、经口喉部手术机器人的主从控制性能研究实验、力反馈仿真和人体喉部模型的实验。实验结果表明,系统具有较高的精度和安全性,达到预期的效果,能够满足喉部手术需求。