中文摘要：

电子刀替代X射线治疗的研究中，除加速器小型化等难题外，强脉冲激光的三维真空动态光路理论、与机械臂的融合设计理论及关键技术成为其他瓶颈问题。激光通过机械臂内腔传输、光路与各关节运动轴精准重合、机械臂内腔及各关节的真空设计、机械臂及各关节的动态性能真空变形等对激光传输及品质的影响、激光光路的动态校正等都对机械臂的设计理论提出了新的挑战。本项目以工业机器人理论和技术为基础，结合强激光三维真空动态光路设计中出现的具体要求，提出机械臂数学模型与真空光路数学模型的双模重合设计理论，对重合双模进行充分的理论计算与仿真分析，解决两者的反复交叉干涉问题，实现光路与机械臂的高度融合。研究激光内导三维动态传输的虚拟映射规律，提出末端断面动态误差环的概念，通过多点级联的光路反馈校正方法实现误差环的最小化。研制激光内导真空机械臂平台进行实验验证。为电子刀的早日应用提供理论及技术依据，为高度放射治疗做出确实的贡献。

结论摘要：

本课题主要研究通过电子刀进行放射治疗过程中的重要技术工具之一的“激光内导机械臂”的理论及关键技术。本课题与物理专业专家学者合作研究，深入分析并整理了通过强脉冲激光激发高能电子束的理论和技术方案，对关键单元器件激光等离子体加速器、电磁约束、真空加速腔等器件形成了切实可行的原型设计方案。由于这些单元器件主要安装在机械臂的末端，因此只有在相对确定这些单元器件主要功能、体积质量等设计参数之后才能够对机械臂的构型和动力元器件布局进行适应性理论和技术分析。强脉冲激光需要在三维真空中传播，通过真空动态光路传输理论和真空中空机械臂特种设计相融合，研究了光路传输理论模型和设计关键技术与机械臂理论模型与设计关键技术这双模型之间的关系，经过反复推敲、分析、计算和校核，最终确定了较为实用并且技术先进的真空中空机械臂设计思路及概念设计。并且局部进行了细节设计和试加工。本课题具有很强的机械自动化与强脉冲激光物理相结合的交叉学科特征，涉及的知识点广泛并且挑战性高。另一方面，课题的主要研究内容激光内导机械臂具有很强的应用背景和应用价值，本课题的顺利执行连同目前已经形成的科研成果包括在今后仍在形成并转化的科研成果，必然会对这一领域样机的早日问世和早日应用产生一定影响。本课题截至目前为止共发表学术论文14篇，其中英文论文10篇，中文论文4篇。期刊论文12篇，会议论文2篇。SCI收录7篇，EI收录2篇。申请国家发明专利3份。指导本科毕业5人，指导硕士毕业4人。