《骨科手术机器人》
骨科手术机器人技术发展综述
骨科手术机器人技术发展综述于洪健 李 乾 杜志江（哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨，150080）摘 要近年来，个性化、精准化及微创化治疗方式成为骨科手术的重要发展方向，手术机器人技术、医学影像技术及手术导航技术的应用则成为该领域的研究热点。
由于骨科手术分类以及手术术式的多样性，一般通用机器人难以满足手术需求，因此专科型骨科手术机器人成为未来发展的必然趋势。
本文从骨科手术机器人的发展入手，根据不同骨科分类应用系统，介绍了骨科手术机器人的技术发展，并对其关键技术进行分析与论述。
关键词：机器人，骨科手术，导航系统0引言骨科手术是典型的硬组织操作手术，手术术式繁多、临床需求广泛。
骨科手术机器人已经成为推动骨科手术个性化、精准化、微创化发展的核心装备与技术，其操作对象属于人体硬组织，在物理学中可视为刚体，因此骨科手术机器人也可称为“硬组织操作机器人”。
科学技术的发展与应用，极大的推动了现代骨科学与骨科手术技术的发展，如计算机图像处理技术与医学影像技术在临床骨科中的融合应用，促进了“计算机辅助骨科手术（Computer Assisted Orthopedic Surgery，CAOS）”的发展；其核心技术图像引导手术IGS（Image guided Surgery），通过X光或CT影像信息作为主要数据载体，结合空间定位导航技术对患部位置信息及手术工具位姿信息进行跟踪，可实现高精度术中导航。
而机器人技术与图像引导技术的结合与应用，进一步推动了机器人辅助骨科手术（Robotic Assisted Orthopedic Surgery）的发展，机器人可以依据医学影像信息直接进行手术操作规划、定位及控制，实现辅助或自主手术操作。
骨科手术属于深部手术，内部结构复杂，操作对象为骨性刚体结构，故对操作精度要求高，而且手术术式多样、操作流程复杂、操作需求繁多。
骨科手术机器人系统通常由影像系统、手术规划导航系统、机器臂操作系统三大部分组成，其中影像系统由X光机或CT等医学影像设备构成，可实现对手术部位空间位置信息的透视，并通过定位标靶实现坐标信息由图像坐标系到机器人坐标系的转换，为机器人系统操作提供基础位置信息，因此图像分辨率（精度）及质量、影像坐标转换精度，对机器人手术操作精度具有重要影响。
骨科手术机器人PPT课件
2021/3/7
CHENLI
9
基本特征 设计思想
刚度
移动部件质量 动力学特性
运动耦合 误差传播 精度检定与校正 坐标变换运算
2021/3/7
串联机构
并联机构
沿笛卡尔坐标系的XYZ 不沿任何坐标布置构件，
轴布置构件，串联连接， 并联连接，切削等负载大
切削等负载不分摊承担
致均匀分摊
低（弹性变形累积、构 高（刚度累积，构件之手
件除承受拉压力外还受
拉压力）
弯矩、扭矩）
大（通常工件和工作台 小（通常工件和工作台不
移动）
移动）
差，随着尺寸增加更加 恶化
只有少量耦合
误差累积而放大
相对简单，已持
紧密耦合且非线性 误差平均二变小
复杂，研究成果极少
需要
CHENLI
10
串联机构与并联机构的对比
骨科手术机器人
20世纪80年代，机器人等自动化设备已经在工业 领域获得了广泛应用，在操作灵活性、稳定性及准确 性方面显示出了明显优势。为了解决外科手术中存在 的精度不足，辐射过多、切口较大、操作疲劳等问题， 人们开始探讨如何在外科手术中引入机器人技术，改 善手术效果。
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CHENLI
11
根据计算、实验及实践可得，其中的圆柱坐标、 SCARA型、直角坐标被认为是较好的结构形式，目 前大多数医疗外科机器人采用这三种结构。如瑞士 一种用于神经外科立体定向手术的机器人属于直角 坐标结构；美国Zeus和Aesop机器人手术系统应用 SCARA型；而ROBODOC辅助手术系统就属于圆柱坐标 结构。
2021/3/7 二自由度手腕——串联机构CHENLI
三自由度——并联机构 8
【课题申报】骨科手术的机器人辅助技术1
骨科手术的机器人辅助技术1《骨科手术的机器人辅助技术1》课题申报一、课题背景及意义（1000字）骨科手术在医学中具有重要地位，对于各种骨骼系统疾病的治疗起着至关重要的作用。
然而，传统的骨科手术存在着许多局限性和风险，如手术难度大、操作精细度低、患者术后疼痛明显等。
近年来，随着机器人技术的迅速发展，机器人辅助手术在骨科领域得到了广泛应用。
机器人辅助技术采用了高精度的机器人和先进的手术工具，可以提高骨科手术的精确性和安全性。
具体来说，机器人辅助技术能够通过手术前的计划和导航系统，实现术中实时定位和准确导引，减少创伤和术后并发症的发生，提高手术效果和患者的生活质量。
骨科手术的机器人辅助技术已经在人工关节置换、骨折修复和脊柱手术等领域得到了初步应用，并取得了一定的成果。
然而，目前骨科手术的机器人辅助技术在我国尚处于萌芽阶段，应用范围有限、操作难度大、设备高昂等问题仍然存在。
因此，开展《骨科手术的机器人辅助技术1》的研究具有重要的理论和实践意义。
二、研究目标和内容（1000字）本课题的主要目标是开展骨科手术的机器人辅助技术的研究，以提高手术的精确性和安全性，减少并发症的发生率，提高手术效果和患者的生活质量。
具体研究内容如下：1. 骨科手术机器人辅助系统的设计与开发。
根据骨科手术的特点和需求，设计新型的机器人辅助系统，包括手术导航系统、机器人手术工具和手术器械等，提高手术操作的准确性和稳定性。
2. 骨科手术机器人导航技术的研究。
通过优化骨科手术的术前规划和术中导航系统，实现术中实时定位和准确导引，减少手术误差和并发症的发生。
3. 骨科手术机器人辅助手术的临床应用研究。
开展机器人辅助技术在骨科手术中的临床应用研究，搜集临床数据并进行统计分析，评估机器人辅助技术在骨科手术中的效果和安全性。
4. 骨科手术机器人辅助技术的风险评估与管理。
分析机器人辅助技术在骨科手术中可能存在的风险和安全隐患，制定相应的风险评估和管理措施，保障患者的安全和权益。
骨科手术机器人技术的现状与未来
骨科手术机器人技术的未来展望
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骨科手术机器人技术的未来展望
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骨科手术机器人技术的未来展望
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骨科手术机器人技术的未来展望
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04
骨科手术机器人技术的未来展 望
骨科手术机器人技术的未来展望
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骨科手术机器人技术的未来展望
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骨科手术机器人技术的未来展望
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骨科手术机器人技术的未来展望
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骨科手术机器人技术的现状与未来
• 骨科手术机器人技术概述 • 骨科手术机器人技术现状 • 骨科手术机器人技术未来展望 • 骨科手术机器人技术的伦理和法规
问题 • 骨科手术机器人技术的实际应用案
例
01
骨科手术机器人技术概述
定义与特点
定义
骨科手术机器人技术是一种结合 机器人、人工智能和医学影像技 术的医疗手段，用于辅助医生进 行精确、微创的骨科手术。
伦理问题
隐私保护
在手术过程中，患者的隐私信息可能被泄露，包括但不限于手术 部位、病情状况等。
安全性
手术机器人技术可能带来新的风险和不确定性，如操作失误、设备 故障等，这些可能对患者的生命安全构成威胁。
自主决策权
在手术过程中，患者是否有权拒绝使用手术机器人技术，以及在何 种情况下可以拒绝，是一个需要关注的问题。
提高安全性
研发机构和生产企业应加强技术研发， 提高手术机器人技术的安全性和可靠 性。
明确自主决策权
在法律层面上，应明确患者在手术过 程中的自主决策权。
制定技术标准
政府和行业协会应制定骨科手术机器 人技术的统一标准，规范市场秩序。
明确责任归属
应完善相关法律法规，明确在使用手 术机器人技术时出现医疗事故或纠纷 时的责任归属问题。
特点
具有高精度、高稳定性和低风险 等优势，能够提高手术效率和治 疗效果，减少患者术后恢复时间 和并发症。
技术发展历程
初始阶段
01
20世纪80年代，骨科手术机器人技术开始起步，主要应用于军
事和航空领域。
发展阶段
02
20世纪90年代，随着计算机技术和机器人技术的进步，骨科手
术机器人技术逐渐应用于医疗领域。
骨科手术机器人课件
骨肿瘤切除手术主要用于治疗恶性骨肿瘤等疾病。手术机器人能够精确地定位和操作，减少对周围组织的损伤， 同时能够减少医生的手术时间和负担，提高手术的精准度和安全性。
06
骨科手术机器人前 景展望
技术创新与突破
精准定位与导航技术
利用先进的传感器和算法，实现手术器械的高精度定位和导航， 提高手术的准确性和安全性。
来将进一步加强跨学科合作。
普及应用
随着技术的不断成熟和成本的降低， 骨科手术机器人的应用将逐渐普及到 基层医院。
法规完善
未来将进一步完善针对骨科手术机器 人的相关法规和标准，促进其健康发 展和推广应用。
05
骨科手术机器人典 型案例分析
案例一：人工关节置换手术
总结词
人工关节置换手术是骨科手术中常见的一种，通过手术机器 人技术，能够提高手术的精准度和安全性，减少并发症的发 生。
详细描述
人工关节置换手术主要用于治疗严重的关节疾病，如关节炎 、股骨头坏死等。手术机器人能够精确地定位和操作，减少 对周围组织的损伤，同时能够减少医生的手术时间和负担， 提高手术的精准度和安全性。
案例二：脊柱手术
总结词
脊柱手术是骨科手术中难度较大的一种，通过手术机器人技术，能够提高手术 的精准度和安全性，减少并发症的发生。
详细描述
骨折复位固定手术主要用于治疗骨折疾病。手术机器人能够精确地定位和操作， 减少对周围组织的损伤，同时能够减少医生的手术时间和负担，提高手术的精准 度和安全性。
案例四：骨肿瘤切除手术
总结词
骨肿瘤切除手术是骨科手术中难度较大的一种，通过手术机器人技术，能够提高手术的精准度和安全性，减少并 发症的发生。
随着技术的不断发展，骨科手术机器 人逐渐具备更高的精度和稳定性，应 用范围也不断扩大。
骨科手术机器人
骨科手术机器人在脊柱手术中 能够实现精细的切割、磨削和 固定，避免对脊髓和神经的损 伤。
机器人辅助的脊柱手术能够降 低手术风险，减少术后并发症 的发生，提高患者的生活质量。
创伤修复手术
创伤修复手术主要是针对骨折、脱位等骨骼创伤的治疗。
骨科手术机器人能够快速、准确地复位骨折部位，并进行稳定的固定，促进骨骼愈 合。
其他骨科疾病
如骨肿瘤、骨质疏松等疾病的 手术治疗。
02
骨科手术机器人技术
机械结构设计
机械臂设计
具有高精度、高稳定性和轻量化 的特点，能够实现灵活的操作和
准确的定位。
末端执行器设计
根据不同的手术需求，设计多种末 端执行器，如微创手术刀、夹持器 等，以提高手术的精准度和安全性。
传动系统设计
采用高效、稳定的传动系统，确保 机械臂的快速响应和精确控制。
应用领域的拓展
复杂手术的辅助
拓展骨科手术机器人在复杂手术中的应用，如脊 柱、关节置换等高风险手术。
个性化治疗
结合3D打印等技术，实现个性化定制的手术辅助， 满足患者的特殊需求。
康复治疗与训练
开发适用于术后康复的机器人辅助设备，帮助患 者进行功能恢复和训练。
社会影响与接受度
降低医疗成本
通过骨科手术机器人的应用，降低手术成本 和医疗费用，减轻患者经济负担。
促进医疗资源均衡分配
通过远程操控等技术，实现骨科手术机器人 在医疗资源不足地区的普及和应用。
提高医疗质量
机器人手术的精准性和稳定性有助于提高医 疗质量，减少并发症和后遗症。
伦理与法律问题
随着骨科手术机器人的发展，需要关注伦理 和法律问题，制定相应的规范和标准。
THANKS
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骨科手术机器人的设计与开发
骨科手术机器人的设计与开发近年来，随着医疗技术的不断发展，医疗设备也在不断升级换代。
骨科手术机器人成为了当今医疗设备领域的热门话题。
它能够精准地定位手术位置，提高手术精度和安全性，同时还可以缩短手术时间，减轻医生的劳动强度。
今天，我们来探讨骨科手术机器人的设计与开发。
一、骨科手术机器人的构造骨科手术机器人是一个复杂的医疗设备，它的构造包括机械结构、运动控制系统和影像处理系统三个方面。
1. 机械结构：骨科手术机器人的机械结构需要具备高精度的定位、稳定的支撑和较大的可操作范围。
它主要由操作机架、手术机械臂和手术刀具等组成。
手术机械臂由多个关节组成，可以在人体内部进行多轴的运动，手术刀具则是手术操作的关键工具。
2. 运动控制系统：骨科手术机器人的运动控制系统需要具备高精度、低延迟和稳定性强的特点。
它需要通过定位和控制实现手术机械臂的远程操作，提高手术安全和精度。
同时，还需要具备较大的运动范围和灵活性，以适应各种不同的手术需求。
3. 影像处理系统：骨科手术机器人的影像处理系统是为了更加清晰地观察手术部位，从而更加准确地进行手术。
它需要能够实时采集影像数据，并对数据进行处理和分析。
同时，还需要考虑影像数据的可视性和准确性，以提高手术精度和效率。
二、骨科手术机器人的设计原则骨科手术机器人设计的主要目的是为提高手术精度、安全性和效率。
在设计骨科手术机器人时，应该考虑以下几点：1. 精度和稳定性：骨科手术机器人的设计应该具备高精度和稳定性，以确保手术精度和安全性。
它应该能够在各种环境下保持高精度的定位和运动控制。
2. 操作简便：骨科手术机器人应该操作简便，以便医生迅速上手，并最大程度减少手术时间。
它应该具有易于操作、简单的用户界面和可调节的手术刀具等特性。
3. 手术范围：骨科手术机器人应该具有较大的手术范围，以适应不同的手术需求，包括手术深度、操作角度等。
4. 安全性：骨科手术机器人设计应该考虑到手术的安全性问题，避免手术过程中出现问题，并避免对患者造成任何伤害。
【资料】骨科手术机器人汇编
主动型系统
主动型CAOS，即使用机器人自主完成手术过程。世界 上第一台临床应用的主动型CAOS是1992年美国 Integrated Surgical System公司推出了ROBODOC机 器人系统。ROBODOC是在传统工业机器人基础上开发 而成的，可以完成全髋关节置换，骸骨替换，髓骨 置换及修复和膝关节置换等手术。
基本特征 设计思想
刚度
移动部件质量 动力学特性
运动耦合 误差传播 精度检定与校正 坐标变换运算
串联机构
并联机构
沿笛卡尔坐标系的XYZ 不沿任何坐标布置构件，
轴布置构件，串联连接， 并联连接，切削等负载大
切削等负载不分摊承担
致均匀分摊
低（弹性变形累积、构 高（刚度累积，构件之手
件除承受拉压力外还受
拉压力）
并联机构 1965 年，德国Stewart发明了六自由度并联机构
，并作为飞行模拟器用于训练飞行员。1978年澳大利 亚著名机构学教授Hunt提出将并联机构用于机器人手 臂。1994年在芝加哥国际机床博览会上首次展出了称 为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控 机床与加工中心并引起了轰动。
4)在达到相同工作空间的条件下，手臂本体占据空间 小;
ห้องสมุดไป่ตู้
为了达到空间一定范围内的任意位置，机器人手 臂至少要求有三个自由度。并且根据上述要求我们选 择串联机构。
机器人典型手臂结构及性能 Typical arm structure and capability
根据计算、实验及实践可得，其中的圆柱坐标、 SCARA型、直角坐标被认为是较好的结构形式，目 前大多数医疗外科机器人采用这三种结构。如瑞士 一种用于神经外科立体定向手术的机器人属于直角 坐标结构；美国Zeus和Aesop机器人手术系统应用 SCARA型；而ROBODOC辅助手术系统就属于圆柱坐标 结构。
骨科手术机器人宣传文案
骨科手术机器人宣传文案
骨科手术机器人——智能、准确、安全
骨科手术机器人是一种智能机器人，它通过机械手臂、定位器、可视化技术和自动控制系统，接受外界控制，可以完成人体骨科手术。
传统的手术方式和技术在很多方面都存在一定的局限性，过于依赖医生的视觉和手的技能，而骨科手术机器人的出现，可以对病人术中造成的伤害降到最小，从而使得骨科手术的过程不仅安全，而且效率更高，更加准确。
骨科手术机器人是一种革新性的医疗技术，它具有准确性高、操作灵活、方向容易控制等特点，还能够完成复杂的骨科手术，例如，复杂的脊柱手术，能够实现局部切除或修补，以及心脏瓣膜置换术等，通过不断的摆动，可以准确定位，从而提高手术效率，并缩短术中及术后的恢复时间。
骨科手术机器人不仅可以实现手术精确到毫米级量程，而且可以自动修正手术轨迹，以保证手术精准度，更可以自动地进行手术操作，在手术过程中，它可以实时反馈给医生关于病人身体情况的变化，以便于医生随时调整手术计划，从而显著提高手术效率，减少病人术中及术后的恢复时间。
总而言之，骨科手术机器人不仅可以提高手术的安全性，而且可以大大提高手术精准度，减少病人术中及术后的恢复时间，减少病人的痛苦，提高手术的成功率。
- 1 -。
骨科手术机器人PPT教案
Robodoc手术系统
德国第C1A6S页PA/共R3手5术页系统
半主动型系统
半主动型CAOS中机器人 的动作过程由医生参与控制， 而医生的动作又会被机器人 系统根据规划的路径加以限 制。
Mars手术系统 第17页/共35页
英国ACROBOT系统
被动型系统
被动型CAOS系统自身并不进行手术操作，医生具有完全的主动控 制权。被动系统的作用是在手术中为医生提供所需的导航信息或提供 手术工具，由于其赋予了医生很大的自主权，因此从安全性和实用性 来讲是目前被接受程度最高的一类CAOS系统。
第8页/共35页
基本特征 设计思想
刚度
移动部件质量 动力学特性 运动耦合 误差传播
精度检定与校正 坐标变换运算
串联机构
并联机构
沿笛卡尔坐标系的X连接，切削等负载大
切削等负载不分摊承担
致均匀分摊
低（弹性变形累积、构 高（刚度累积，构件之手
件除承受拉压力外还受
第11页/共35页
国内也开展了医疗机器人方面的研究工作。哈尔滨工业大学成 功研制了基于遥操作技术的辅助正骨机器人系统。北京航空航 天大学研制出了国内首台用于医疗接骨的机器人样机。
哈工大辅助正骨机器人系统
第12页/共35页
北航 机器人牵引装置
计算机辅助骨科手术系统均具有以下的优势优势： （1）定位更精准 （2）缩短X光照射时间，保护医护人员和病人 （3）把握部位更稳 （4）改进手术方式，医生们配合更默契 （5）解决临床教学和手术培训问题
20世纪80年代，机器人等自动化设备已经在工业领域获得了广泛 应用，在操作灵活性、稳定性及准确性方面显示出了明显优势。为了 解决外科手术中存在的精度不足，辐射过多、切口较大、操作疲劳等 问题，人们开始探讨如何在外科手术中引入机器人技术，改善手术效 果。
天玑骨科机器人原理
天玑骨科机器人原理
天玑骨科机器人是一种用于骨科手术的机器人系统，它的原理如下：
1. 三维重建：首先，通过CT或MRI等影像技术获取患者骨
骼的三维图像。
然后，利用计算机对这些图像进行处理和重建，生成患者具体骨骼、关节和软组织的三维模型。
2. 骨骼定位：在手术操作前，将机器人系统安装在手术床或手术台上，并固定患者的相关肢体，使其达到稳定。
通过感应器和标记物，将患者的骨骼模型与实际患者的骨骼进行匹配和定位，以确保机器人能够准确地执行手术操作。
3. 运动规划：根据医生的指令或预设的手术方案，机器人系统将根据患者的骨骼模型进行运动规划，确定手术器械的进入角度、深度和路径等。
4. 操作执行：一旦运动规划确定，机器人系统将控制机械臂和手术器械进行操作执行。
机器人系统能够通过力传感器来感知手术器械与患者骨骼的交互力，以调整器械的力度和位置，确保手术的安全和精准性。
5. 回馈和校正：在手术过程中，机器人系统会不断地通过传感器和影像设备获取手术区域的实时数据，并与预设的手术方案进行比对。
如果手术过程中发现偏差或变化，机器人系统会根据情况进行相应的回馈和校正，以保证手术的准确性和有效性。
通过以上步骤，天玑骨科机器人能够在骨科手术中提供精确的定位、运动规划和操作执行，从而提高手术的安全性和成功率。
骨科手术机器人宣传文案
骨科手术机器人宣传文案
突破传统，引领骨科手术机器人新格局
随着技术的发展，机器人技术已经被广泛应用于各个领域，在骨科手术领域，也开始引入了机器人技术。
骨科手术机器人是一种新型的机械手臂，它可以帮助医生完成复杂的骨科手术。
它可以像我们的一只手一样精确的控制，有着卓越的精度，并且不受环境影响，可以有效提高手术效果。
此外，它还可以显著缩短手术时间，减少患者的痛苦，有效降低手术的风险，大大提高治疗的成功率，让患者的恢复更快，更安全。
骨科手术机器人的出现，打破了传统手术模式，它不仅可以提高手术的精准度，而且可以降低患者的痛苦及恢复时间，成为骨科治疗的新宠。
我们的骨科手术机器人，拥有先进的技术，精湛的工艺，可靠的性能，专业的实施，能够为广大患者提供更安全、更可靠的医疗服务，让患者放心治疗，获得更好的治疗效果。
以我们精湛的技术，助您击败疾病，缔造健康！
- 1 -。
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整理课件
7
手腕 当被操作物体或工具有姿态要求时，就需要在机
器人手臂末端联接实现姿态要求的手腕。为便于控制 ，减小姿态参数之间的干扰，根据所需要实现的操作 来确定手腕关节的构型是非常重要的。
根据并联机构具有刚度大，结构稳定，运动惯性 小，精度高等特点，可以采用并联机构作手腕关节。
二自由度手腕——串联机构整理课件
机床与加工中心并引起了轰动。
整理课件
9
基本特征 设计思想
刚度
移动部件质量 动力学特性
运动耦合 误差传播 精度检定与校正 坐标变换运算
串联机构
并联机构
沿笛卡尔坐标系的XYZ 不沿任何坐标布置构件，
轴布置构件，串联连接， 并联连接，切削等负载大
切削等负载不分摊承担
致均匀分摊
低（弹性变形累积、构 高（刚度累积，构件之手
骨科手术机器人按医生与机器人之间的关系可以
分三类：主动型、半主动型和被动型。
整理课件
14
主动型系统
主动型CAOS，即使用机器人自主完成手术过程。世界 上第一台临床应用的主动型CAOS是1992年美国 Integrated Surgical System公司推出了ROBODOC机 器人系统。ROBODOC是在传统工业机器人基础上开发 而成的，可以完成全髋关节置换，骸骨替换，髓骨 置换及修复和膝关节置换等手术。
小;
整理课件
5
为了达到空间一定范围内的任意位置，机器人手 臂至少要求有三个自由度。并且根据上述要求我们选 择串联机构。
机器人典型整手理课臂件结构及性能
6
Typical arm structure and capability
根据计算、实验及实践可得，其中的圆柱坐标、 SCARA型、直角坐标被认为是较好的结构形式，目 前大多数医疗外科机器人采用这三种结构。如瑞士 一种用于神经外科立体定向手术的机器人属于直角 坐标结构；美国Zeus和Aesop机器人手术系统应用 SCARA型；而ROBODOC辅助手术系统就属于圆柱坐标 结构。
目录
1.引言 2.手术机器人构型 3.骨科手术机器人 4.CAOS系统 5.总结
整理课件
1
引言
随着交通事故的频发和人们运动损伤的增多，创 伤已经成为全球的第二大死因。所以，新的骨科手术 技术发展就显得更加有益。
医疗机器人，是近十几年来发展比较迅速的一个 新的应用领域，大部分是应用计算机，把患者的影像 资料如X光片、CT、核磁等进行叠加的分析处理，然后 根据分析结果，控制机器臂完成一些医生不能完成或 完成得没有机器好的动作和步骤。
骨科手术机器人
20世纪80年代，机器人等自动化设备已经在工业 领域获得了广泛应用，在操作灵活性、稳定性及准确 性方面显示出了明显优势。为了解决外科手术中存在 的精度不足，辐射过多、切口较大、操作疲劳等问题， 人们开始探讨如何在外科手术中引入机器人技术，改 善手术效果。
整理课件
11
1985年，美国采用Puma560工业机器人完成了脑组织活检中探 针的导向定位。 1989年，英国的利用改进的6自由度Puma机器人，开展了前列 腺切除手术，大大缩短了手术操作时间。 1996年德国KuhnC研究了用于微损伤外科的基于虚拟现实的手 术训练系统。 1992年英国的DaviesBL研究了基于PUMA262的脑外科机器人系 统； 1997年德国的LuethTC研究了基于并联机器人机构的用于头部 外科手术的机器人手术系统； 2005美国的计算机辅助整形外科手术研究所、西宾西法尼亚医 院和卡内基·梅隆大学机器人研究所研制了用于关节整形手术 的微型六自由度并联机器人。
整理课件
12
国内也开展了医疗机器人方面的研究工作。哈尔滨工业 大学成功研制了基于遥操作技术的辅助正骨机器人系统。北 京航空航天大学研制出了国内首台用于医疗接骨的机器人样 机。
哈工大辅助正骨机器人系统 整理课件
北航 机器人牵引装置 13
计算机辅助骨科手术系统均具有以下的优势优势： （1）定位更精准 （2）缩短X光照射时间，保护医护人员和病人 （3）把握部位更稳 （4）改进手术方式，医生们配合更默契 （5）解决临床教学和手术培训问题
件除承受拉压力外还受
拉压力）
弯矩、扭矩）
大（通常工件和工作台 小（通常工件和工作台不
移动）
移动）
差，随着尺寸增加更加 好，甚至在尺寸增加时人
恶化
能保持
只有少量耦合
紧密耦合且非线性
误差累积而放大
误差平均二变小
相对简单，已有不少成 果可借鉴
复杂，研究成果极少
一般不需要
需要
整理课件
10
串联机构与并联机构的对比
三自由度——并联机构 8
并联机构 1965 年，德国Stewart发明了六自由度并联机构
，并作为飞行模拟器用于训练飞行员。1978年澳大利 亚著名机构学教授Hunt提出将并联机构用于机器人手 臂。1994年在芝加哥国际机床博览会上首次展出了称 为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控
整理课件
15
该公司还开发了ORTHODOC图像处理系统，根据CT 图片进行3D建模和手术规划，为手术提供所有需要 的数据，帮助医生完成手术仿真和监控。ROBODOC首 先使用术前CT图片规划手术路径，在术中将病体位 置与术前CT进行校准，同时在手术过程中机器人和 病体通过刚性夹具连接固定。截止1997年1月 robodoc系统已完成了850例骨科手术，术后反应良
整理课件
2
先进机器人技术在医疗外科手术规划模拟、微损 伤精确定位操作、无损伤诊断与检测、新型手术医学 治疗方法等方面得到了广泛的应用，这不仅促进了传 统医学的革命，也带动了新技术、新理论的发展。
整理课件
3
手术机器人构型
计算机辅助骨科手术系统的关键技术包括：手术 机器人、医学三维图像建模技术、虚拟手术仿真技 术，远程操作网络技术等。
对于手术机器人，其结构由手腕和手臂两部分组 成，在手术中的作用是：①将手腕末端和手术器械 定位到整理课件
4
针对上述要求，对于医疗外科机器人手臂，可以总结 出设计的一般要求是:
1)易于实现高的定位精度; 2)运动直观性强，易于医生进行人机交互; 3)在相同结构尺寸下，工作空间尽量大; 4)在达到相同工作空间的条件下，手臂本体占据空间