文 献 综 述

一、研究背景及课题意义

机器人是人类最伟大的发明之一，人类对机器人进行了漫长的研究。20世纪70年代，随着计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术的迅速发展，机器人技术也快速发展起来，成为了综合计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术，机器人技术在人们日常生活中的应用也越来越广泛。

现在机器人研究领域中最活跃、投资最多的是医用机器人,它的发展前景非常好。近年来,医用机器人技术引起美、法、德、意、日等国家学术界的极大关注, 研究工作蓬勃兴起。医用机器人与工业机器人不同，主要区别在所操对象和工作的环境上。医用机器人的对象主要是病人，所关注的是人的生命，而不是工厂里的产品，所以对机器人的位置精度及对病人的安全性方面要有很高的要求。因此对医用机器人的行为必须进行控制，特别是当错误发生时。另外，运动的速度要慢，与人的接触力以及工作的区域要被控制和限制。而与机器人相配套的计算机要完成数据的获取和建模；术前处理，包括多模图像的匹配，器官的三维显示，手术方案和路径的制定，术前模型等；术中处理，主要　是数据获取，器官和机器手及其手术器械的显示，术中匹配和导航等。因此，它有广泛的感觉系统、智能、模拟装置（周围情况及自身#8212;#8212;机器人的意识和自我意识），从事医疗或辅助医疗工作。医用机器人的研究和生产提高我国自动化生产和医疗水平以及机器人发展技术具有深远的影响，对促进我国科学技术进步以及综合国力提高具有重要的意义。

二、机器人定位技术

对于移动机器人来说，为了能高效率地导航即从环境中穿行并到达目的地，就必须找到一种方法，使它能根据环境中已知的一些特征来判断出它自身的位置，这就是机器人的定位问题。智能移动机器人要想在未知环境中自主运动，一个基本问题就是确定自身在环境中的位置。无论是在结构化或非结构化坏境中，机器人都必须了解自身与周围环境的位置关系才能正确选择和作出抉择，可见定位技术对智能移动机器人的实际应用是必不可少的。目前，应用于机器人的定位方法有很多，较为典型的有以下几种：

（1）机械定位

机械定位是手术导航系统最初的定位方法,属于无源定位。定位用机械手至少应有6 个自由度,且每个关节均有编码器。和机械手相联的手术器械的位置和旋转, 能够通过机械手的几何模型和关节编码器的瞬时值计算出来，典型精度为: 2～3mm。机械手定位的优点是不会被阻塞,不会被障碍遮挡, 同时可在特定位置夹住或放置手术器械。缺点是在手术中较为笨拙,施加在机械手上的压力可使数据发生变化,同时存在固定装置和制动器的位移误差。机械定位常用于无臂系统的标定和检查。

(2)超声定位

通过测量超声波的传播时间来测量超声波发射器与接收器间的距离。在手术器械上放置N (至少大于3)个发射器,即可计算出手术器械的位置和姿态。该系统的绝对精度一般为5mm。超声波定位的主要问题在于温度对超声波的影响、空气位移、空气非均匀性以及发射器的大尺寸等。