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微创外科作为外科手术中一门新兴的技术，因为其创伤小、恢复快、痛苦小等优点而被普遍应用。而骨科手术由于骨组织复杂的生物结构以及较高的操作难度等特点，引来了越来越多国内外专家的关注，微创外科也逐渐被引入脊柱外科手术中。传统的骨科微创手术操作精度低、可视化效果差，迫使更高精度、更加智能化的技术手段应用于脊柱微创手术中。机器人是实现微创手术智能化的主要辅助工具，本文设计一款用于脊柱微创手术机器人的辅助定位机构，并对该机构进行相应的优化设计和仿真研究。本文的主要研究工作如下： (1)合理配置主体机构的自由度，制定机构的设计原则，确定机构的总体设计方案。采用模块化可重组的设计方案，整体机构分别由串联机构和并联机构混联而成，设计了用于辅助进针点定位的平面5R机构和辅助末端杆调整姿态的RRRUS机构。机构的主体共有4个自由度，主要辅助末端手术器械实现手术的钻孔、进针等操作。基于螺旋理论提出机构的自由度等效求解法，合理拆分机构并求解自由度。 (2)对平面5R机构进行运动学及工作空间的分析，并求解5R机构的雅克比矩阵。建立机构的全尺寸设计空间，并求解了机构在设计空间下的所有奇异轨迹。分析机构的理论工作空间及可用工作空间，并求解它们在设计空间下的形状分布。由可用工作空间的最大内切圆确定优化区域，借助遗传算法对机构进行优化。 (3)引入空间类复向量理论分析混联机构的运动学，确定混联机构正逆运动学的解析表达式。求解末端杆分别平动和转动时的雅可比矩阵，并分析RRRUS机构奇异时的三种构型。根据机器人在实际工作中的操作要求，确定平面5R机构的量纲尺寸。基于刚度和灵巧度性能指标优化出混联机构的尺寸，并验证其性能。 (4)根据设计出的机构构型及优化尺寸，在ADAMS中建立机构的参数化模型。基于MIMICS重建腰椎的3D模型，并联合ADAMS模拟椎弓根螺钉置入。针对脊柱微创手术机器人的作业特点，通过合理的配置机构的驱动参数，仿真并验证了机构的工作空间满足手术操作要求。借助ADAMS的后处理功能，将机构的参数导入MATLAB中进行运动学的综合验证，两者结果显示一致，验证了机构运动学求解的正确性，及机构尺寸优化的合理性。