第7章 服务机器人

机器人引论第7章服务机器人第7章服务机器人7.1移动机器人7.2空中机器人（无人机）7.3医用机器人7.1移动机器人通常所说的移动机器人是指一种由传感器、遥控操作器和自动控制的移动载体组成的采用遥控、自主或半自主等方式由人类对其进行控制的一类机器人。这类机器人因比一般机器人有更大的机动性、灵活性，故通常工作在劳动强度大、人类无法进入或对人类有危害的场合中，代替人类进行工作。7.1.1移动机器人的发展历程60年代后期，美国和苏联为完成月球探测计划，研制并应用了移动机器人。从20世纪80年代开始，美国国防高级研究计划局（DARPA）专门立项，制定了地面无人作战平台的战略计划。从此，在全世界掀开了全面研究移动机器人的序幕。我国在移动机器人的研究起步较晚，大多数研究尚处于某个单项研究阶段。7.1.2移动机器人的基本组成移动机器人可以从不同的角度进行分类。如从工作环境分为室内和室外机器人；从移动方式分为轮式、履带式、步行、蛇形、爬行机器人；从作业空间分为陆地、水下、空间机器人；从功能和用途可分为医疗、军用、助残、清洁机器人等。无论哪种机器人，通常都可以认为由驱动系统、控制系统、传感系统三大最基本的部分组成。一、驱动系统驱动系统在移动机器人中的作用相当于人体的肌肉和骨骼，如果把连杆以及关节想象为机器人的骨骼，那么驱动器就起肌肉的作用，它们共同构成了机器人的驱动系统。二、控制系统控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构完成固定的运动和功能。移动机器人的控制系统是以计算机控制技术为核心的实时控制系统，它的任务就是根据移动机器人所要完成的功能，结合移动机器人的本体结构和运动方式，完成机器人的既定任务。控制系统是移动机器人的大脑，它的优劣决定了机器人的智能水平、工作柔性及灵巧性，也决定了移动机器人使用的方便程度和系统的开放性。移动机器人的控制系统是由机器人所要达到的功能、机器人的本体结构和机器人的控制方式来决定的。从机器人控制算法的处理方式来看，控制系统结构如下图控制系统硬件组成三、传感系统传感器处于连接外界环境与机器人的接口位置，是机器人获取信息的窗口。移动机器人传感器主要包括内部传感器和外部传感器。检测机器人本身状态（手臂间角度等)是内部传感器；检测机器人所处环境(是什么物体，离物体的距离有多远等)及状况（抓取的物体滑落等)的是外部传感器。而外部传感器进一步又可分为路径引导传感器、环境传感器、认知方向传感器和末端执行器传感器。与工业机器人所不同的是，工业机器人大多数仅采用内部传感器，用于对机器人运动、位置及姿态进行精确控制。而移动机器人因其任务不同，除采用内部传感器对自身的姿态进行控制外，还需采用大量的外部传感器获得自身的定位及外部环境的适应能力。7.1.3移动机器人的主要应用一、轮式移动机器人轮式移动机器人的设计重点聚焦在其车轮上，通过车轮的滚动来实现其工作的任务，达到其“移动”的目的。该类机器人车轮的形状或结构形式取决于地面性质和车辆的承载能力。传统的车轮形状球轮、充气球轮和锥形轮超轻金属线编织轮、半球形轮传统的车轮形状比较适合于平坦的坚硬路面。充气球轮比实心车轮弹性好，能吸收因路面不平而引起的冲击和振动。此外充气球轮与地面的接触面积较大，特别适合于沙丘地形。超轻金属线编织轮、半球形轮这两种轮是为火星表面移动车辆开发而研制出来的，其中超轻金属线编织轮主要用来减轻移动机构的重量，减少升空时的发射功耗和运行功耗。移动机器人车轮形式设计要考虑到的一个重要部分是全方位移动机构的实现，全方位移动机构能够在保持机体方位不变的前提下沿平面上任意方向移动。更进一步的，有些全方位车轮机构除具备全方位移动能力外，还可以像普通车辆那样改变机体方位。由于这种机构的灵活操控性能，所以特别适合于窄小空间（通道）中的移动作业。正如移动机器人的发展初衷是代替人类去危险的场所工作一样，排爆机器人是对爆炸物品、有嫌疑的不明物品进行现场侦查、排爆或者转移爆炸物品的移动机器人。目前有代表性的轮式排爆机器人主要有ABP公司的以下三种：野牛中型排爆机器人土拨鼠排爆机器人独眼龙排爆机器人此外，轮式排爆机器人还有法国DMDevelopment公式研制的RM35型爆炸物处理机器人，如图(a)；加拿大Pedsco公司研制的MURV-100小型排爆机器人，如图(b)。加拿大Pedsco公司研制的RMI-10中型排爆机器人，如图(c)。二、履带式移动机器人履带式机构称为无限轨道方式，履带式移动机器人是轮式移动机构的拓展，其最大特征是将圆环状的无限轨道履带(crawlerbefit)卷绕在多个车轮上，使车轮不直接与路面接触。适合在未加工的天然路面上行走。TEODOR型履带式移动机器人履带式移动机器人与轮式移动机构相比具有如下特点：支承面积大，接地比压小，路面保持力强，适合于松软或泥泞场地作业，下陷度小，滚动阻力小，通过性能较好，能登上较高的台阶；越野机动性好，爬坡、越沟等性能均优于轮式移动机构。重心低，较稳定，并且能够原地旋转；履带支承面上有履齿、不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力；结构复杂，重量大，运动惯性大，减振性能差，零件易损坏。带有摆臂的关节式履带移动机器人的整个爬越障碍过程可以分成两个阶段：第一阶段，先将两侧摆臂搭在台阶上，使车体在行走机构和摆动机构的共同作用下，顺利地爬到第二台阶，此时车体实现了地面、第一台阶、第二台阶的三点接触。爬台阶时整车受力图第二阶段，机器人只需要在行走机构的作用下如同上坡一样缓缓地向上爬。由此可以看出，只要保证行走机构在结构设计至少能够同时与两个台阶点接触，就能实现第二阶段运行的平稳性和可靠性。爬台阶时摆臂受力图履带排爆机器人法国Cybernetics公司的TEODOR排爆机器人法国Cybernetics公司的CASTOR小型排爆机器人PIAP公司的EXPERT中型排爆机器人TELEROB公司的TEL600型爆炸处理车TELEROB公司的POLYFIMOS3000型防爆机器人三、步行移动机器人步行机器人可以认为是一种由计算机控制的用足机构推进的表面移动机械电子装置，和传统的轮式、履带式移动机器人相比，步行机器人具有独特的性能。其特点主要表现在：1）足运动方式具有较好的机动性，即具有较好的对不平地面的适应能力。足运动方式的立足点是离散的，可以在可能达到的地面上最优地选择支撑点。而轮式运载工具必须面临最坏地形上的几乎所有点。足式运动系统还可以通过松软地面（如沼泽、沙漠等）以及跨越较大的障碍（如沟、坎和台阶等）。2）足运动系统可以主动隔振，即允许机身运动轨迹与足运动轨迹解耦。尽管地面高低不平，机身运动仍可以做到相当平稳。具体来说，步行系统多波长小于两倍行程的不平度没有响应，而对较大波长的地形变化的过滤作用决定于保持机体姿态的控制算法。3）足运动系统在不平地面和松软地面上的运动速度较高，而能耗较少。步行机器人的发展最早源自于美国和日本。1968年，美国的R.Smosher（通用电气公司）试制了一台叫“Rig”的操纵型双足步行机器人机械，从而揭开了仿人机器人研制的序幕。同年，日本早稻田大学加藤一郎教授在日本首先展开了双足机器人的研制工作，1969年日本研制出WAP-1(WasadaAutomaticPedipulator)平面自由度步行机，从1968年到1986年，又先后推出了WAP-3、WL-5、WL-9DR、WL-10RD、WL-12(R)等。日本东京大学的JouhouSystemKougaka实验室研制了H5、H6型仿人型双足步行机器人，日本本田公司也从1986年开始陆续推出P1、P2、P3型机器人，本田公司于2000年11月20日又推出了新型双脚步行机器人“ASIMO”，“ASIMO”与P3型机器人相比，实现了小型轻量化，使其更容易适应人类的生活空间，通过提高双脚步行技术使其更接近人类的步行方向和关节及手的动作。日本索尼2000年11月21日推出了人形娱乐型机器人“SonyDreamRobot–3X”(SDR-3X)。其身高50cm，质量为5kg。日本还有许多其它科研机构和高等院校从事仿人机器人的研制和理论研究工作（如松下电工、富士通、川崎重工、日立制作所等）。WL系列步行机器人H6机器人H7机器人HRP-2JSK机器人P3机器人ASIMO机器人SDR-3X机器人7.2空中机器人（无人机）空中机器人就是我们通常所说的“无人机”（英文简称UAV：UnmannedAerialVehicle）。顾名思义，无人机是指由动力驱动、机内无人驾驶、可重复使用的、可依靠机载控制器自主飞行或由人在计算机或特定遥控器的遥控下飞行的飞行器。7.2.1无人机的发展历程第一阶段：20世纪初到20世纪30年代，主要用作空中鱼雷对目标进行轰炸，控制方式为陀螺仪、气压计、自动驾驶仪等机载设备，不可回收；第二阶段：20世纪30年代到60年代，主要用作防空兵器性能鉴定和部队训练的靶标控制方式为无线电遥控，可多次重复使用；第三阶段：20世纪60年代到80年代，除用作靶机外，大量用作无人侦察机和无人诱饵机；第四阶段：20世纪80年代到90年代，无人机的用途大为扩充，除了广泛用于战场监侦、电子对抗、目标指示、战果评估、通信中继等军事用途外，还被用于大地测绘、资源探测、空气采样、环保监视、交通管理等民用领域。此期间无人机的飞行控制与飞行管理也有很大改进，实现了超视距控制和半自主飞行；第五阶段：20世纪90年代至今，在人们的需求推动和技术进步的支持下,无人机技术获得飞跃式发展，一方面，续航时间长、飞行距离远、负载能力高的大型无人机陆续问世并投入使用，另一方面，机动灵活的微型化无人机也逐渐进入人们的视线，扮演着独特的角色。随着智能控制、计算机视觉等技术的发展和应用，无人机的智能化和自主化程度大大提高。此外，多无人机协同合作也逐渐成为现实。“flyingbomb”“KetteringBug”“Larynx”7.2.2无人机的分类一、按无人机应用领域分类无人机按照其应用领域分类可分为军用无人机和民用无人机。军用无人机包括靶机、无人侦察机、无人战斗机、无人诱饵机、电子干扰无人机等。也可按任务的周期长短分为战术无人机和战略无人机。战术无人机(TUAV)的主要功能为侦察、搜索、目标截获、部队战役管理与战场目标和战斗损失的有效评估等，任务的周期较短；战略无人机(SUAV)主要承担对敌方部队动向的长期跟踪、工业情报及武器系统试验监视等，所执行的任务往往周期较长，具有长远的战略意义。二、按无人机机翼布局样式分类（1）固定翼式无人机：固定翼式无人机的机翼主体是固定的，由动力装置产生推力或拉力，由固定机翼产生升力。其中大部分无人机的外观跟普通飞机的外观相似，在机身两侧中部和后部分别装有机翼和尾翼，头部装有螺旋桨，也有一部分无人机因功能需要而具有独特的外观。典型型号是在美国海军陆战队中被广泛使用的“DragonEye”无人机以及“BlackWidow”无人机。“DragonEye”“BlackWidow”（2）扑翼式无人机：扑翼式无人机是以仿生学原理为基础，通过模仿飞行生物（例如苍蝇、蝙蝠等）的外观而设计的无人机，这种无人机在飞行时通过机翼的上下扑动产生升力和向前的推进力，通过“翅膀”与尾翼的配合改变飞行航向，就像飞行生物一样。由于扑翼产生的动力有限，因此这种无人机多为微小型无人机。典型型号“MicroBat”。“MicroBat”“SmartBird”（3）旋翼式无人机：旋翼式无人机的机翼安装在机身的上方，通过具有特定气动外形的机翼高速旋转获得升力并改变位置和姿态，类似于直升机。根据安装的机翼数量分为单旋翼无人机和多旋翼无人机。四旋翼飞行器目前最为流行的是无人机。顾名思义，这种飞行器具有四个旋翼，四个旋翼大小相同，位置分布对称，通过调整不同旋翼之间的相对速度来调节不同位置的升力，并克服每个旋翼之间的反扭力矩，就可以控制飞行器的姿态，完成各种机动飞行。大疆四旋翼无人机“Mesicopter”三、按无人机的控制方式分类（1）基站控制：基站控制式无人机也称为遥控无人机（RemotelyPilotedVehicle,RPV）。在无人机飞行的过程中，需要地面基站的操作员持续不断地向被控无人机发出操作指令。从本质上来看，基站控制式无人机就是结构复杂的无线电控制飞行器。（2）半自主控制：20世纪80、90年代出现的“Pointer”、“SkyOwl”无人机系统采用的是基站导航和预先设定导航程序相结合的控制方式，这是无人机半自主控制的最早形式之一。半自主的无人机控制方式可以描述为“基站可随时获得无人机的控制权，并且在飞行过程中某些关键动作需由基站发出指令，如起飞、着陆等，除了这些关键动作，无人机可以按照事先的程序设定进行飞行和执行相关动作”。（3）完全自主控制（智能控制）：完全自主控制无人机又称为智能无人机，可以在不需要人工指令的帮助下完全自主地完成一个特定任务。一个完整的智能无人机系统具备的能力包括自身状态的监控、环境信息的收集、数据的分析及做出相应的响应。等级名称描述特征0遥控完全遥控飞行（100%人为参与）遥控飞机1简单的自动操作在操作员监视下,依靠自控设备辅助来执行任务(80%人为参与)自动驾驶仪2远程操作执行操作员提前编写的程序任务(50%人为参与)无人机综合管理预设航路起飞点3高度自动化（半自主）具有对部分态势感知能力,可自动执行复杂任务,并对其做出常规决策(20%人为参与)自动起飞/着陆链路中断后可继续任务4全自主对本体及环境态势具有广泛的感知能力,有做全面决策的能力及权限(≤5%人为参与)自动任务重规划5多无人机协同操作数架无人机之间团队协作合作和协同飞行NASA对无人机飞行自主性的等级划分四、按无人机的性能指标分类（1）按机体重量分类：不同的无人机机体重量差别很大，按机体重量分为微型、轻型、中型和重型和超重型五个等级。（2）按航程和续航时间划分：近程无人机，最大飞行时间小于5小时，最大航程小于100km的无人机。中程无人机，最大飞行时间在5到24小时之间，最大航程在100到1500km内的无人机。远程无人机，最大飞行时间大于24小时，最大航程大于1500km的无人机。（3）按机翼载荷量划分：所谓机翼载荷量，是指机体重量与机翼面积的比值。由小到大可分为低载荷、中载荷、高载荷三类。（4）按发动机类型划分：无人机使用的发动机主要有涡扇发动机（Turbofans）、活塞发动机（Piston）、转子发动机（Rotary）、涡轮螺旋桨发动机（Turboprop）、电动机（Electric）等。7.2.3无人机的应用一、无人机在军事领域的应用无人机最初就是针对军事应用而设计的，随着无人机技术的发展，无人机性能和功能日趋强大，在军事领域当中的应用越来越广泛。（1）靶机：靶机是指可以模拟各种飞机和导弹的飞行状态和攻击过程的飞行器，主要是用来为各种导弹、战斗机、地面防空和雷达设施的训练和测试提供靶标，以鉴定武器的性能和训练武器的操作人员，也可用于研究空战和防空战术。S-400靶机QF-16靶机（2）无人侦察机：无人侦察机是指借助机上电子侦察设备，以获取目标信息为目的的无人机。它主要是用于战略、战役和战术侦察以及战场监视，为部队的作战行动提供情报，使战场指挥官及时掌握战场情况，制定合适的作战计划，为取得战斗的胜利奠定基础。“全球鹰”“蜂鸟”（3）无人战斗机：无人战斗机又被称作攻击无人机，是无人机技术与战斗机结合所构成的一种全新的武器系统。起初，无人战斗机主要用于防空火力压制，随着科学技术特别是自动化技术的蓬勃发展，无人战斗机的飞行稳定性和定位精确性等性能有了很大的提升，目前已经可以执行制空、近距离空中支援、纵深遮断与定点目标精确打击等多种任务。“X-47B”“捕食者B”（4）电子对抗无人机：电子对抗无人机按照功能可分为无人诱饵机、电子干扰无人机和反辐射无人机。“BQM-74C”无人诱饵机“ADM”无人诱饵机“火蜂”无人干扰机“哈比”反辐射无人机二、无人机在民用领域的应用（1）农业喷药：农业是国家最基本最重要的产业之一，提高农业生产效率和降低农业生产成本对促进国家经济的发展具有重要的意义，而喷洒农药是农业生产中重要的工序。无人机的出现使得喷药作业由传统的人工喷药和机械装备喷药方式逐步向无人机高空喷洒作业方式转变。工作中的喷药无人机（2）航拍：航拍是指以无人机作为空中平台，通过机载遥感设备，例如数码相机、红外扫描仪、磁测仪等，获取周边信息，通过计算机处理合成图像或视频，是无人机另一大主要民用领域。由于无人机操作简单，飞行稳定，遥感设备搭载简单，无人机被广泛应用于航拍，很多影视剧、大型仪式、户外综艺节目等都有航拍无人机参与其中。正在进行航拍的无人机（3）灾害救援：无人机凭借自身的优点能够很好地解决这些问题，在灾害救援中发挥出重要作用。建立通信中继：当灾害发生导致受灾地区通信设施受到破坏时，可以在无人机安装无线电通信设备，建立临时通信中继。采集灾区信息：当自然灾害发生后，在第一时间取得灾区的受灾信息非常重要。当救援人员无法进入受灾地区时，可以在无人机上配备多媒体采集系统，采集灾区的视频、音频数据，进行编码压缩并传回指挥中心。汶川地震后无人机拍摄的北川灾区图像（4）环境监测：进行环境监测时，可以在无人机上搭载摄像头或者可感知自然环境的传感器，使其进入特定的环境中进行拍摄与感知。一方面，低空拍摄的环境影像分辨率更高，更加精确，另一方面，由于无人机自身也处于目标区域中，因此通过搭载的特定传感器可以感知通过图像无法感知的环境参数，比如气压高度、大气温度和湿度、真空速等等。目前无人机在环境监测方面的应用有森林资源调查、大气数据采集以及科研考察等等。7.3医用机器人医用机器人技术是集医学、生物力学、机械工程学、材料学、计算机科学、机器人技术等诸多学科为一体的新型交叉研究领域，己经成为国际机器人领域的一个研究热点。7.3.1医用机器人的特点医用机器人与工业机器人不同，主要区别在所操作的对象和工作环境上。医用机器人和工业机器人在以下方面具有显著的区别：（1）直接与人（患者、护理人员等）接触。（2）作业内容变化无常。（3）不能发生误动作。（4）机器人的使用者都是非专业人员。7.3.2医用机器人的分类随着社会快速步入老龄化、人们对医疗期望的提高以及患者对生活质量要求的提高，对医用机器人技术开发的期待主要集中在以下几个方面：（1）实现安全和正确的治疗。（2）确保医疗人员的安全。（3）自助支援和提高患者生活质量。（4）实现人性化的医疗环境。（5）医学教育的支援。综上所述，将医用机器人的应用领域分类如下：应用领域装置示例检查、诊断基于图像诊断确定病灶位置的装置、确定诊断探头位置的装置、生理检查支援系统治疗手术支援机器人、显微外科支援机器人、放射线治疗标的定位装置等医院内部间接作业检验样本输送装置、食物输送机器人、药品分发机器人康复支援步行训练支援、韧性训练支援自立支援步行支援、动力装置、饮食支援机器人护理支援转移支援装置、环境控制装置医学教育培训心肺移植仿真、内窥镜操作仿真、内窥镜下的手术仿真生物科学支援显微受精支援系统、细胞操作7.3.3医用外科机器人一、计算机外科众所周知，机械制造领域一直广泛流行CAD/CAM（ComputerAidedDesign/ComputerAidedManufacturing，计算机辅助设计/计算机辅助制造）的生产方式。如果将上述手段应用到医学领域，那么设计过程就相当于手术前的诊断过程，这时三维医用图像的测量技术将起关键的作用。然后以此建立手术规划，进行手术仿真，最后利用所得的数据完成实际手术的导航任务。计算机外科（computeraidedsurgery）就是在上述机电一体化技术驱动下的外科手术的支援技术。二、手术导航技术随着MRI和CT的发展，不但精细三维成像（volumetricimaging）得到普及，而且各种三维测量和图像处理技术也得以实现，为实施定位脑手术、整形外科手术等在术前利用图像确定目标和接近方向的技术奠定了基础，称之为“图像空间的三维手术规划——手术战略信息的制定”。手术导航系统的功能是在计算机的显示器上显示出断层图像或三维CG，在手术操作过程中把手术部位的图像实时显示在CG上。由于手术医师能够自如地掌握操作部位及其周围的三维结构，因此可以提高手术的安全性、效率和有效性。三、医用外科机器人的分类按功能和应用形式来划分，医用外科机器人的分类如下：分类方式种

类功

能按应用形态分类导航机器人手术器械等的辅助定位治疗机器人主动手术钳主从机械手按产生的力分类被动型机器人手术医师动作的约束手术医师操作的修正主动型机器人产生自主力完成动作按控制方式分类术前规划固定作业型由术前图像构成的三维位置数据确定病灶，导引手术器械，或者进行切除作业手术中柔性作业型作为手术的辅助装置，使手术医师的作业更为多样化四、医用外科机器人系统的总体结构由于外科手术比较复杂，外科手术机器人系统工作过程一般可以分为数据获取、术前处理和术中处理三大阶段，每个阶段又由若干具体步骤组成：7.3.4康复机器人康复机器人是近年出现的一种新型机器人，它分为康复训练机器人和辅助型康复机器人。康复训练机器人的主要功能是帮助由于疾病而造成偏瘫，或者因意外伤害造成肢体运动障碍的患者完成各种运动功能的恢复训练，如行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练、颈部运动训练等。辅助型康复机器人包括自立支援机器人和护理支援机器人。康复机器人由计算机控制，并配以相应的传感器和安全系统，康复训练在设定的程序下自动进行，可以自动评价康复训练效果，根据患者的实际情况调节运动参数，实现最佳训练。康复机器人的分类：分

类应用领域说

明康复训练机器人身体机能恢复训练上肢康复训练机器人——用于手臂、手及腕部的康复训练下肢康复训练机器人——用于行走功能康复训练脊椎康复运动训练颈部康复运动训练辅助型康复机器人自立支援机器人辅助或替代残障人士由于身体机能缺失或减弱而无法实现动作，如机器人轮椅、机器人假肢、导盲机器人护理支援机器人用于老年人或残障人士护理作业的机器人，如机器人护士7.3.5医学教育机器人随着动物保护意识的增强，今后利用动物实验辅助医学教育的限制会日渐增多。与其矛盾的是，医疗器械越先进，器械操作的训练要求也就越高。例如，IntuitiveSurgical公司（开发了达·芬奇）要求医师在操作支援机器人系统之前必须接受一定时间的训练学习。实际上，人们开发了各种手术训练的仿真器，如心肺移植手术训练仿真器等。这些系统在计算机内建立了脏器的三维模型和力学特性模型，这不仅可以仿真随操作产生的图像变化，也可以将手术者能够感觉到的反作用力通过机器人手臂向医师反馈，这样可以通过治疗仿真进行手术训练。例如，具有大肠力学模型和可提示力觉机构的大肠镜插入训练系统，以及各种内窥镜手术仿真器械等。7.3.6医用机器人的应用随着科学技术的发展，特别是计算机技术的发展，医用机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视，其应用对象遍及人体的各个器官和组织。一、医用外科机器人的应用医用外科机器人系统是用于医疗外科手术，辅助医生进行术前诊断和手术规划，在手术中提供可视化导引或监视服务功能，辅助医生高质量地完成手术操作的机器人集成系统。1、内窥镜操作手为了解决主刀医师与助手之间的沟通问题，在腹腔镜手术中出现了内窥镜机械手，这是一个依据医师的操作保持内窥镜（腹腔镜等）位置的机械手系统。该系统用于远程手术、手术培训等。内窥镜机械手的系统组成2、整形外科手术机器人系统在整形外科中，术前诊断可以获得对象部位的三维位置和形状测量结构，再借助于术前规划手术机器人系统，就可以在手术中将它稳定地再现出来。如在日本人工股关节置换手术中，最早由大阪大学研发的系统按照术前规划正确地实施了切削骨骼的手术，其结果是人工关节植入骨骼的精度比传统手术更高。口腔修复机器人3、穿刺手术机器人众所周知，不仅在外科处置中，也在内科处置中广泛使用穿刺。例如，整形外科的神经根传导阻滞法、椎体成形手术、脑神经外科的淤血抽吸、肝脏外科的无线电波烧灼手术等，都用到穿刺手术。穿刺处置通常是在X射线透视或超声波图像的引导下进行的，最近出现了在MRI摄影引导下实施的趋势。有人正在开展机器人进行目标组织穿刺的探索。置于X射线CT内的脑穿刺机械手4、遥控操作手术机器人遥操作手术（或称远程手术），顾名思义就是医生在很远的地方为病人作手术，虽然这个“远程”没有具体的数值概念，但有一点可以肯定，那就是医生和病人不在同一现场。随着国际互联网络和其它通讯技术的发展，远距离手术这一幻想正逐渐走向现实。斯坦福研究所经过多年的努力，终于研制出了临场感远程外科手术系统。它是由菲利普·格林先生发明的，所以又称为格林系统。格林系统是让外科医生坐在一个大操纵台前，带上三维眼镜，盯着一个透明的工作间，观看手术室内立体摄像机摄录并传送过来的手术室和病人的三维立体图像。与此同时，外科医生的两手手指分别勾住操纵台下两台仪器上的控制环。仪器中的传感器可测量出外科医生手指的细微动作并把测量结果数字化，随后传送到两只机械手上，机械手随外科医生动作，为病人作手术。声频部分能同时传来手术所发出的所有声音，使人有亲临其境之感。格林系统5、微创外科手术机器人微创外科是医学领域近20年来高速发展的新兴学科。微创外科手术概念引入现代医学始于1987年，法国里昂的PhilipeMouret医生应用腹腔镜成功地切除了患者病变的胆囊，完成了世界医学史上首例腹腔镜胆囊切除术，使之成为微创外科手术发展史上的里程碑和人类医学史的一次革命。手术的成功带动了外科领域手术微创技术的高速发展，同时也极大地推动了微创外科手术设备和器械的研制开发与进步。内窥镜手术支援机器人的自由度构成脊椎修复机器人二、康复机器人的应用1、康复训练机器人（1）上肢康复训练机器人

上肢康复医疗训练机器人系统经过十几年的发展，从系统结构上分，主要包括三个阶段：1）本地康复医疗训练机器人系统：1991年，MIT设计完成了第一台上肢康复训练机器人系统MIT-MANUS，该设备采用五连杆机构，末端阻抗较小，利用阻抗控制实现训练的安全性、稳定性和平顺性，用于病人的肩、肘运动。MIT-MANUS系统图辅助上肢康复系统辅助手指康复系统2）远程康复医疗训练机器人系统：2005年，斯坦福大学和芝加哥康复研究所联合研制了一种便携式家用远程康复系统，这是一种主从式的遥操作系统，由主手、从手以及各自的控制器组成，从手引导患者进行康复运动并检测和记录运动信息，主手作为医生提供控制和监控的交换设备，通过网络发送命令并接受从手的运动信急，实现中风患者肘部的康复训练，该系统可以传输治疗师指令及相关信息，治疗师可以检测患者并监控训练过程。远程康复医疗训练机器人系统结构（Homesite：家庭侧；Clinicsite：医院侧；Internet:以太网）3）基于虚拟环境的康复医疗训练机器人系统：为了鼓励患者进行