近距离放射性粒子植入治疗术具有靶向性强、创伤小、疗效快、副作用少等特点,己成为治疗早期前列腺癌的必然趋势。采用机器人系统辅助医生实施手术治疗,可以提高粒子植入的精度,提高患者的治疗效果,减轻外科医生劳动强度、减少感染和辐射。研制和开发具有自主产权、低成本和高性能的前列腺粒子植入机器人系统不但具有很高的学术价值,同时有利于该技术在国内临床上的应用和推广。但是将机器人系统成功用于前列腺癌的放射性粒子植入手术中,需要解决机器人构型和尺寸优化、机器人控制精度和运动平稳性、高精度和高效率穿刺等问题。本文为了解决以上问题对前列腺放射性粒子植入机器人关键技术进行深入研究。针对临床粒子植入设计需求、狭窄空间操作、人体截石位手术特点,对超声图像导航前列腺粒子植入机器人构型进行了综合分析。考虑材料、系统能耗、机器人的可操作性能,采用序列二次规划算法对定位机构尺寸进行了优化。考虑到放射性粒子对手术环境的核辐射、穿刺针强度和刚度对定位精度的影响,对粒子植入器进行了安全性设计和静力学仿真分析。采用上-下位机方式设计了机器人控制系统,研究了开放式控制系统硬件结构,设计了控制系统的软件体系。为了提高粒子植入机器人定位精度和运动平稳性,研究了机器人关节的加减速规划算法和改进的闭环控制算法。为了避免机器人操作事故和减小手术时间、能耗,提出了一种基于安全操作平面的粒子植入规划方法。结合安全操作平面策略、Hopfield神经网络最短路径搜索、以及6步循环粒子植入运行程序这三个过程,设计了安全可靠、人机协助的智能化前列腺粒子植入机器人控制系统上位机控制软件。针对机器人操控植入器介入前列腺时,组织会产生漂移、变形以及针尖会产生偏转等问题。采用正交实验分析了穿刺针直径,针尖角度,进针速度,以及插入深度对穿刺针偏转的作用规律,采用极差分析方法给出了最优的进针组合。为了改善机器人操控穿刺针的定位精度,设计和研制一种压电式振动、旋转穿刺装置。通过对振动穿刺和旋转穿刺效果评估实验,提出了一种基于振动、旋转混合的高精度进针策略,并设计了相应的进针策略控制软件。针对针介入软组织时的抵触力、机器人位形变化产生的重力矩波动以及关节减速器的摩擦力矩,都会影响机器人低速运行时的平稳性和控制精度。采用拉格朗日方法建立机器人动力学方程,针对重力矩项,研究可变重力矩完全补偿机制,建立可变重力矩完全补偿的数学模型,设计和研制了十字交叉弹簧式可变重力矩补偿装置。通过重力矩补偿分配仿真和实验证明了该补偿机制的有效性。为了实现扰动情况下对期望位置、速度的精确跟踪,提出了基于重力矩和摩擦力矩模糊补偿的机器人滑膜鲁棒控制方法。搭建了前列腺粒子植入机器人实验系统。为了提高机器人系统末端定位精度,并对该机器人系统进行了标定。为了验证机器人位置闭环控制以及粒子植入规划算法的正确性,分别进行机器人回零、位置跟踪、粒子植入精度评价实验。采用高精度进针策略完成穿刺效果评估实验,实验结果验证本文进针策略的有效性。