本文以实验室正在研发的ENT医疗机器人系统为研究平台,根据喉部手术的需求以及机器人自身的设计特点,目标为构建机器人外部宏观引导视觉系统,研究开发需要的一些关键技术。主要包括视觉系统的构建、立体视觉方案的确定、摄像机的标定、软件开发、系统集成。本文主要工作和成果可以概括为以下几个方面:针对ENT医疗机器人手术前,末端工具定位的要求和控制系统硬件环境,确定了机器视觉系统模式。在此基础上遵循机器视觉的逻辑结构,并结合视觉系统的任务,设计了机器视觉系统。提出了双目立体视觉确定机器人末端工具空间位置、姿态的方案。该方案结合实验室机器人的特点,确定了双CCD传感器的位置,构建图像的二维象素坐标到机器人工具三维空间的描述模型。在机器人标定矩阵求解过程当中,提出参数约束化求解的方法,与未约束求解相比,提高了矩阵求解的精度;在进行三维空间点的重构时,提出了利用点到空间直线距离最小的约束方程,缩小了待重构点的重构范围,提高三维空间坐标的求解精度。为确定喉镜空间姿态,提出了在喉镜口端面建立欧氏空间坐标的方法,并给出了其数学模型。将该视觉系统与机械手控制系统集成,提供了视觉系统对机器人引导控制的约束参数。本文的研究将为解决人工反复调整机器人使末端工具进入患者切口或喉镜所带来的问题提供理论依据,对于提高手术的安全性,解决手术器械碰撞问题具有很重要的实际意义。