脊柱外科是骨科中手术难度较大专科，其操作具有精度高、风险大的特点，尤其在战场和自然灾害伤员救治过程中，面临复杂环境干扰，徒手操作易造成神经血管损伤。利用机器人辅助操作减少手术风险是目前的研究热点。本项目组拟在前期开发的协同控制脊柱手术机器人的基础上，进一步的研究利用机器人识别术者动作行为模式和相应的安全控制策略，有效地识别手术者的行为动作，建立符合手术标准的规范动作模式，在此基础上建立更为安全的手术策略，以此来约束手术操作，实现战地高度复杂环境下的手术安全性和可靠性。本项目尝试推进脊柱机器人在术者行为识别和相应安全策略方面的科学理论与应用技术的研究，力争在高可靠性能脊柱手术机器人的设计与实践应用方面取得较高的研究成果。基于此技术，将使一系列全新的干扰环境下机器人辅助手术类型得以普及应用，有着重要的军事和民用价值。

Spinal surgery requires skilled techniques while accompanied by high risks. Iatrogenic vascular and nerve injury in spinal surgery occurs frequently for traditional operation due to the complicated anatomical environment, especially when disturbed by complex environment, like battlefields and natural disasters. This kind of risks can be effectively reduced by spine surgical robots. Therefore, robot-assisted operation is an ever-increasing research topic. Based on the previous work of novel spine surgery assisted robot , the purpose of this study is to propose a new dynamic compensation scheme between surgeons, robot, and environments with the help of fusing the operation behavior of doctors, the coupling force-place information, special noises of battlefields, and so forth. The goal of the study is to establish a safer operative strategy on the basis of identifying the motion of the surgeons and establishment of the motion pattern. This study attempts to promote the safety control strategy of a battlefield spinal surgical assistive robot to deal with the ever-changing environment of the battlefield. Based on this technology, this type of battlefield spinal surgical assistive robot will be widely used in a series of disturbing environments, which is with great military and economic value.

脊柱外科是骨科中手术难度较大专科，其操作具有精度高、风险大的特点，尤其在战场和自然灾害伤员救治过程中，面临复杂环境干扰，徒手操作易造成神经血管损伤。利 用机器人辅助操作减少手术风险是目前的研究热点。本项目组拟在前期开发的协同控制脊柱手术机器人的基础上，进一步的研究利用机器人识别术者动作行为模式和相应的安全控制策略，有效地识别手术者的行为动作，建立符合手术标准的规范动作模式，在此基础上建立更为安全的手术策略。 本项目完成了战地脊柱手术辅助机器人系统的集成，通过对于医生需求的分析，制定了机器人系统的设计需求，完成了机器人本体结构的设计；完成了部分关节性能的测试，保证关节的摩擦力的波动在20%以内；完成了机械臂的边界力反馈测试，末端识别的力约为10N；完成了视觉系统的设计与集成，包括视觉系统硬件集成、图像采集设备集成、图像处理软件开发等，实现了50ms/帧的图像处理速度，并最终建立了机器人本体与视觉系统的通信。完成了战地脊柱手术辅助机器人系统的功能调试，利用椎体模型进行模拟手术，实现对机器人辅助椎体的部分切除。机器人通过视觉系统采集的术者信息对医生的手术操作进行判断，实现对手术中医生的误操作屏蔽；同时，根据手术动作的识别，对医生的操作进行力反馈感知和边界力反馈约束验证，完成主体功能的调试。 视觉系统与机械臂系统的结合不仅仅可以使机器人更好的服务于脊柱手术，同时对于其他类型的手术机器人系统都有很好的借鉴意义。术者的动作识别对于机器人辅助医生进行手术操作的研究对于推动医疗手术机器人的发展具有重大的意义。机器人力反馈及边界力反馈策略可以很好的提高手术机器人的系统安全性，使其更好的为医生服务。