机器人辅助微创手术较传统微创手术有更高的手术操作精度和更优的手术质量。然而目前的手术机器人系统不具备智能性,使得对于一些常规的手术任务,机器人手术在完成时间上并没有明显优于传统微创手术。为进一步改善手术效果,研究人员对机器人自主手术进行了研究。缝合作为外科手术中最常见,最耗时的手术任务之一,由插针,拔针,拉线三个标准动作组成,实现机器人自主化的难度低,风险小且自主化后可很大程度缩短手术时间,减轻医生疲劳程度,因此机器人自主缝合技术被广泛研究。目前,对机器人自主缝合的研究主要是从运动学角度实现机器人自主完成单个或多个缝合动作,并未融合力信息。事实上,为获得良好的缝合效果,力-位控制是更加理想的控制方式。此外,缝合需要手术机器人多个机械臂协调配合进行,因此需要确定多臂协作方案。为保证顺利完成缝合且获得良好的缝合效果还需选定用于进针和出针的针脚位置以及器械的抓针姿态,然而目前这些任务均由医生来完成,但手术时医生只能通过内窥镜影像观察到病灶区域情况和手术器械末端在人腹腔内的位置,无法感知到机器人的整体工作形态,因此根据医生所做出的决策进行缝合时经常出现器械间干涉等导致无法正常缝合的情况。针对机器人自主缝合技术现存问题,本文进行了补充研究,具体内容如下:1.生物软组织缝合力-位特性研究:设计并实施了生物软组织离体缝合实验;基于实验数据分析了对针与组织间交互力有显著影响的交互参数,建立了融合交互参数的软组织缝合力-位特性表征模型,可为进一步建立机器人自主缝合力-位混合控制模型提供力学数据。2.缝合任务自主分配算法研究:对机器人辅助微创手术工作模式、缝合任务特点、机器人结构特征进行了分析,提出了一种将缝合过程所涉及的多个子任务合理分配给多个手术器械的分配准则;对准则进行数字化描述建立了缝合任务机器人自主分配算法。3.针脚位置及抓针姿态自主选择算法研究:通过对传统外科手术缝合要求进行分析,提炼出了可使缝合效果达到最佳的针脚位置选择方法;结合机器人辅助微创手术特点对上述方法进行了改进,提出了适用于机器人辅助微创手术的针脚位置选择方法;对器械的抓针姿态进行了参量化描述,基于一种改进的粒子群算法建立了抓针姿态自主选择算法;最后将两方面内容进行了整合,形成了机器人自主选择针脚位置与抓针姿态的系统性算法。4.实验验证:设计并实施了生物软组织缝合力-位特性表征模型验证实验验证了模型的准确性;在医生的指导下建立了患者生理结构、创口位置、切口位置的数学模型,利用所建立的数学模型对缝合任务自主分配算法和针脚位置及抓针姿态自主选择算法进行了仿真实验,验证了算法的有效性。