随着科学的发展和技术的进步,外科手术机器人已经能够代替人类执行越来越多手术任务了,并且已应用于世界各地的许多手术室中。本文设计了一台用于脊椎手术中骨钉植入的机器人。　　本文在确定了机器人的构型和自由度布置之后,对机器人进行了运动学分析,采用标准的D-H建模方法,建立了机器人的数学模型,并采用解析法求得了机器人的运动学逆解,并采用关节动作最小的原则选取其中一组解。之后使用Matlab对正逆解进行了验证,分析并画出了机器人工作空间,确保符合手术需要。　　机器人的结构设计部分首先给出了整体的机械传动方案的设计,然后分别进行直线运动关节以及旋转关节的设计,其中详细介绍了主要部件的选型以及结构布置方案。最后为了保证机器人运动的安全性与可靠性,对机器人进行了模态分析和关键部件的静力学分析。　　本文机器人控制系统采用了一种基于CAN总线的分布式结构。将各关节控制器挂在CAN总线上与上位机进行通信。建立可靠控制结构之后,进行了驱动部件的计算选型,然后介绍了反馈元件的引入以及应用,包括力传感器、编码器和光电开关等,使得机器人拥有一定感知能力。　　最后进行了基于牛脊柱骨的钻孔力采集的力学建模实验,完成了对采集到的数据处理与特征提取,并对牛脊椎骨钻孔实验整个过程进行了数学建模,确保操作者能够实时判断钻孔时钻头的进给位置,在钻穿脊椎骨之前停止操作,保证手术的安全进行。