内窥镜微创手术作为目前解决鼻腔炎症的最有效途径一直被各个医院及术者使用。传统的手术方案是医生一手持镜,一手持手术器械,由于鼻腔附近神经遍布,血管众多,因此医生手部的颤抖不仅会造成画面的不稳定性,还会带来潜在的危险,同时医生与助手的沟通交流问题也会造成手术延时与危险。国内外学者对此提出了各种基于机械臂设计的鼻内镜手术辅助机器人来代替医生持镜,使得在双手操作模式下提高手术效率与安全性。本文在之前学者提出的机器人系统基础上,提出了一种基于虚拟夹具空间约束的机器人自动伺服跟随运动的手术解决方案,使得机器人在空间中受到虚拟约束力作用从而有效的保护人体鼻腔,实现良好的人机交互特性,在此保护机制下实现了机器人实时动态跟随医生手部运动的随动控制,大大提高了手术效率。目前已开发的鼻内镜手术辅助机器人存在缺乏安全约束、控制模式单一的问题。目前机器人大多采用力传感器阈值作为安全保护机制,效果较差,安全性低,且大多采用气压或液压关节锁紧方式,医生需要频繁的中断手术操作来调整机器人的位置和姿态,亦或是采用简单的线性关节控制模式,人工交互性较差。基于此,一种创新性的基于虚拟夹具约束的机器人伺服随动控制方案由本文提出。本文首先提出机器人鼻内镜手术流程及完成机器人正逆运动学模型验证,为了实时获取当前机器人在手术视野内的状态,首先对内窥镜图像进行畸变矫正,同时通过图像处理技术获取当前器械末端的状态,为机器人感知提供基础。同时,为了实现机器人在虚拟空间内的约束,通过鼻腔附近一系列空间关键点可以拟合出鼻孔所在基圆平面,结合双曲面参数可构建柔性双曲面虚拟夹具,并结合鼻腔组织阈值接触力模型构建了机器人约束算法。为了实现机器人的伺服跟随运动,我们使用ICP配准算法实现了三维红外定位装置NDI与机器人的空间配准,并提出了随动控制策略及基于脚踏板的人机交互实现。提出基于分层控制的机器人集成系统开发并使用C++语言及QT软件实现。柔性虚拟夹具验证实验及自动跟随控制验证实验验证了机器人虚拟约束下随动控制的有效性与精度,从而证明该方法可以提高手术效率与安全性。本实验所提出的创新方法经验证符合临床要求,但目前鼻腔手术机器人的开发仍需要解决一部分难题,任重道远。