随着经济和医疗水平不断发展,越来越多的疾病能够通过外科手术来治疗,这些手术相对于以前,都更加复杂,面对如此精度高,步骤繁杂的外科手术,人类发明了外科手术机器人。外科手术机器人可以实现对外科微创手术更加精确的控制,对于人类科技和医疗水平的发展具有重要的意义,也具有非常广阔的市场前景。本课题主要涉及手术机器人机械臂运动控制系统的相关内容,对机械臂控制方法,机械臂关节的驱动电路,机械臂空间运动路径规划,手术机器人人机交互系统等内容进行相关的设计和研究。该机器人系统总体设计为一个具有六自由度的关节型机械臂。在相关运动控制方法方面将现代控制理论和机械臂空间路径规划结合起来,提出一种新的算法,建立了一组多关节机械臂非线性定位方程组,提出一种基于非线性大范围渐近稳定的求解方法,既简化运算,又有利于物理实现,为机械臂高速、准确运动提供基础,该算法在求解机械臂空间运动非线性方程方面,能够达到收敛速度快和精度高的效果,实验表明该算法适用多关节的移动机械臂的非线性定位方程的求解,有较高的求解精度和收敛速度。另外基于大范围机械臂空间移动采用模糊控制和自整定PID控制PWM脉宽调速相结合的方式,在向远距离目标移动的过程中优先进行方向和位置的模糊定位并快速启动,接近目标点的位置再按照运动方程求解的定位坐标进行精确校正,模拟人类手臂的行动方式,收敛速度快,位移精度高。基于手术机器人实际运用考虑,加入Kinect手势动作识别,并且将人体手臂的动作用机械臂进行比例还原,优化机械臂动作,提高动作精度。并且根据电机和机械臂关节的不同,设计制作相应的角度传感器。手术机器人系统对外开放数据接口,操作医师的人体手臂各个关节的坐标点和每两个关节之间的角度都共享到云端,可以利用各种PC终端实时读取操作者的数据和动作,以便学习观摩。研究手术机器人运动控制系统的控制板,设计相应的接口,搭建起运动控制系统的硬件平台,并利用Lab VIEW开发设计软件界面以及实现相应功能,创建模块化任务,制定数据通信协议和改进传统的运动控制算法。