第1章  醫療機器人概述    001
1.1  醫療機器人的發展機遇    001
1.2  醫療機器人的歷史變革    002
1.3  醫療機器人的分類    003
1.4  醫療機器人未來發展趨勢    006

第2章  血管介入手術機器人    007
2.1  概述    007
2.2  國內外研究現狀    008
2.2.1  國外研究現狀    008
2.2.2  國內研究現狀    016
2.2.3  國內外發展趨勢    019
2.3  血管介入手術機器人需求分析    020
2.3.1  血管介入手術流程    021
2.3.2  血管介入手術醫生操作流程    021
2.3.3  機器人應用需求    023
2.4  機器人繫統設計    024
2.4.1  繫統功能分析    024
2.4.2  繫統構成    025
2.5  機器人繫統結構    026
2.5.1  結構總覽    026
2.5.2  主端控制裝置    027
2.5.3  從端操作裝置    031
2.6  機器人控制策略    036
2.6.1  繫統辨識    036
2.6.2  基於模糊PID的機器人繫統控制方法    036
2.7  控制方法特性評價    042
2.7.1  控制精度評價    042
2.7.2  操作功能評價    044
2.8  介入手術機器人主端控制器    046
2.8.1  非接觸式主端控制器設計    046
2.8.2  雙滑塊式主端控制器設計    050
2.8.3  主端控制器優化反饋策略    053
2.8.4  主端控制器優化操作評價    056
2.9  本章小結    060

第3章  膠囊機器人    061
3.1  概述    061
3.2  膠囊機器人國內外研究現狀    063
3.2.1  膠囊內窺鏡研究現狀    063
3.2.2  螺旋推進微型膠囊機器人研究現狀    066
3.2.3  模塊化膠囊機器人國內外研究現狀    069
3.3  模塊化微型膠囊機器人繫統設計    070
3.3.1  模塊化微型膠囊機器人繫統概念及總體設計方案    071
3.3.2  驅動平臺設計及仿真    073
3.3.3  微型膠囊機器人旋轉運動機理研究    079
3.3.4  模塊化微型膠囊機器人結構設計及加工    079
3.4  模塊化微型膠囊機器人模態分析及動力學模型建立    082
3.4.1  模塊化微型膠囊機器人模態及靜力學分析    083
3.4.2  模塊化微型膠囊機器人流體環境分析    086
3.4.3  模塊化微型膠囊機器人動力學模型建立    087
3.5  模塊化微型膠囊機器人繫統臨界頻率模型及控制策略研究    093
3.5.1  臨界頻率模型建立    093
3.5.2  模塊化微型膠囊機器人繫統控制策略    095
3.6  模塊化微型膠囊機器人繫統特性評價    099
3.6.1  模塊化微型膠囊機器人運動平臺搭建及機器人結構參數    100
3.6.2  模塊化微型膠囊機器人繫統運動特性評價    102
3.7  本章小結    107

第4章  上肢康復機器人    108
4.1概述    108
4.2康復訓練研究背景    109
4.3上肢康復機器人研究背景    110
4.3.1  末端執行器型上肢康復機器人    111
4.3.2  外骨骼上肢康復機器人    111
4.4肌電信號    112
4.5康復效果定量評價    113
4.5.1  基於肌力的內部評價    113
4.5.2  基於肢體動作的外部評價    113
4.6外骨骼上肢康復機器人繫統設計    114
4.6.1  人體上肢解剖學分析    114
4.6.2  外骨骼上肢康復機器人整體設計    115
4.6.3  肘部關節雙邊康復訓練    117
4.6.4  實驗所需設備    117
4.6.5  運動控制解決方案    119
4.6.6  實驗驗證    125
4.7基於肌電信號的肘部運動識別與控制    128
4.7.1  肌電信號采集    129
4.7.2  肌電信號處理算法    130
4.7.3  實驗驗證    133
4.8基於Kinect的視覺傳感及自動打分評價    136
4.8.1  Fugl-Meyer評價準則    137
4.8.2  Kinect開發繫統    138
4.8.3  實驗驗證    139
4.9本章小結    142

第5章腹腔鏡手術機器人    144
5.1概述    144
5.2腹腔鏡手術機器人國內外研究現狀    145
5.2.1  國外研究現狀    145
5.2.2  國內研究現狀    150
5.3腹腔鏡手術機器人技術分析    152
5.4本章小結    152

第6章骨科手術機器人    153
6.1概述    153
6.2脊柱外科手術機器人國內外研究現狀    154
6.3關節外科手術機器人國內外研究現狀    156
6.4創傷骨科手術機器人國內外研究現狀    158
6.5本章小結    159

第7章神經外科手術機器人    160
7.1概述    160
7.2神經外科手術機器人國內外研究現狀    161
7.2.1  國外研究現狀    161
7.2.2  國內研究現狀    164
7.3本章小結    166

第8章其他手術機器人    167
8.1概述    167
8.2種植牙手術機器人    167
8.3眼科手術機器人    169
8.4人工耳蝸植入手術機器人    170
8.5本章小結    171

參考文獻    172

醫療機器人是一種應用機器人技術在醫療領域進行診斷、治療、康復和監測等工作的設備。醫療機器人可以通過精確的運動控制、高清晰度圖像顯示和先進的感知技術，為醫護人員提供精確的手術、準確的診斷和高質量的護理服務。隨著科技的不斷進步和人口老齡化趨勢的加劇，醫療機器人將在未來得到廣泛的應用。醫療機器人處於機器人和醫療健康兩大風口交彙處，而對於醫療機器人技術介紹的圖書並不多，且涉及具體醫療機器人實例的圖書更是屈指可數。醫療機器人技術的發展需要多方面技術的支持和整合，完全了解和掌握相關技術細節也並不容易。因此，需要一本從技術出發的專業圖書，讓相關專業學生、研究者、從業者甚至普通大眾對醫療機器人有一個全面的概念，幫助他們加深對醫療機器人行業的理解。
本書以臨床需求為導向，介紹多種醫療機器人的研究現狀、關鍵技術、典型應用和發展前景，包括：醫療機器人的定義和分類、醫療機器人的基本原理和關鍵技術、醫療機器人的工程研究和臨床應用等。本書主要介紹的典型醫療機器人包括: 血管介入手術機器人、膠囊機器人、上肢康復機器人、腹腔鏡手術機器人、骨科手術機器人、神經外科手術機器人等。
本書作者團隊開展醫療機器人研究20多年，結合實施動物實驗、臨床試驗的經驗，體繫化地研究了血管介入手術機器人、膠囊機器人、上肢康復機器人在輔助醫生進行疾病診斷、治療和康復過程中的主要難題以及解決方法。本書中第2～4章詳細介紹了這三種機器人的整體設計、控制繫統、特性評價等，從臨床需求、繫統結構、控制策略、性能評價和驗證多個方面完成對這三種機器人繫統的研究。第5～8章還對腹腔鏡手術機器人、骨科手術機器人、神經外科手術機器人等的研究現狀和相關技術進行介紹。本書可為我國未來手術、康復、監測等機器人繫統的設計與實施提供重要參考，具有較高的學術價值和應用價值。
本書的出版離不開各位同行學者和課題組老師們的支持，在這裡表示由衷的感謝與敬意！本書還得到了北京理工大學“十四五”規劃教材基金的資助，在此一並表示感謝！
限於作者水平，書中難免有疏漏不足之處，懇請各位讀者批評指正！

作者
2023年3月