随着计算机、网络通信及机器人技术的不断发展与完善,机器人的技术优点愈发凸显出来,机器人的应用场景也随之从传统的工业中拓展到医学领域。颅颌面神经、血管集中且解剖结构复杂,在传统手术中,涉及颅颌面的外科手术,通常面临难度大、风险高的问题。依托于医疗机器人,可为传统的颅颌面手术提供崭新的可行的技术手段。本文依托于上海市科委青年科技英才“扬帆”计划项目“颅颌面外科手术机器人系统的可视化与自标定关键技术研究”,针对目前颅颌面手术所面临的问题,研制出了基于光学导航的并联机构手术辅助机器人系统,该机器人系统可以辅助医生完成颅颌面的基本手术操作。本文围绕基于光学导航的并联机构手术辅助机器人系统进行展开,主要工作成果如下:第一,根据颅颌面手术的实际临床需求,综合考虑机器人机构的各种构型,提出了被动臂加6自由度SPS并联机构的手术机器人方案,并对机器人的运动学正反解及工作空间进行分析,验证了设计方案的合理性。并成功研制了并联机构手术辅助机器人系统的样机。第二,针对并联机构中推杆的实际运动特性,结合手术轨迹的特点,将刀具TCP点的空间运动拆分成平动与转动,并根据两种不同的运动方式,提出新的推杆控制算法。第三,为提高机器人末端定位精度,在机器人运行的过程中进行动态标定。为适应并联机构辅助机器人的动态标定需求及实际操作人员不一定具备标定技术的情况,提出一种新的刀具TCP点快速自标定的算法。该算法依靠系统本身的导航系统,实现自标定过程,大大简化标定操作流程。第四,对研制的基于光学导航的并联机构手术辅助机器人进行功能验证,并通过模型实验,获取机器人的实际误差,并对误差进行分析。