随着我国成为医美疗程消费第一大市场,下颌角整形手术的需求量不断增加,传统的下颌骨整形手术在安全性、精准性均存在不足;本课题来源于江苏省科技计划项目(BE2015711):“受限空间中基于虚拟映射和触觉反馈的颌骨精确手术导航”;主要研究工作如下:1、分析研究国内外医疗手术机器人的发展状况以及配准方案的最新进展。为后文中研制受限空间中基于虚拟映射的下颌骨精确手术导航机器人系统和无损配准方案的研究奠定基础。2、通过对截骨手术的要求分析,进行总体方案设计,由三部分组成,即手术执行系统、患者定位系统、计算机图形显示系统。其中手术执行系统由术者牵引随动机械手臂,以操作安装在随动机械手臂末端的手术器械进行手术;患者定位系统,具有固定患者头部、多自由度的转动、标定装置等功能;计算机图形显示系统,显示患者颌骨形状、手术规划截骨线、截骨手术刀位置等,以引导术者进行精准的手术。3、在分析截骨手术的工作环境、操作空间的基础上,进行机器人的设计及研制:(1)对随动机械手臂、固定患者头部的随动机器人进行自由度的规划和设计,确定6自由度的随动机械手臂和2自由度的头部随动机器人,以构成8自由度的系统,以提高术者手术的灵活性和便捷性。(2)提出随动机器人性综合的4原则:截骨导航机器人采用6R串联、转动结构;转动轴不能有超过2个的转轴轴线是互相平行的;靠近手术床的第一个关节,其轴线方向选择Z轴;第i+1轴的轴线,只能有一个轴的轴线和第i轴轴线垂直;并据此初步确定3种构型。(3)运用MATLAB对初选的3种构型进行分析,优选出工作空间最大且奇点最少的随动机械手臂构型。(4)从颈椎的生理结构分析出发,分析其主要的自由度,并据此设计头部随动机器人的构型。(5)依据可靠性原则、功能性原则、“三化”原则(坚持标准化、通用化、系列化),设计并研制了随动机械手臂、头部随动机器人的样机。4、标定患者头部和随动机械手臂之间的空间位置关系,研究并设计了标定装置,并研制了样机。5、设计并研制了力矩补偿装置,以减轻机械手臂重量引起的手术劳累。6、分别对随动机械手臂、头部随动机器人、校准装置进行了参数标定,设计误差补偿方案并且进行精度测量实验,结果表明精度达到了设计要求。