超声作为一种实时便捷且无放射性的医学成像方式,已经广泛应用于临床中。但较高的用户差异仍是其所面临的主要挑战。不同超声医师的经验和手法因人而异,因此相较于其他医学成像方式,超声扫描的标准化程度较低。另一方面,临床中超声医师任务繁重,长期的手持探头进行扫描,有可能会对医师骨关节肌肉等造成损伤,甚至影响到医师的正常工作与生活。此外,传统二维超声检查无法获取组织的立体解剖信息,相较于三维超声不能提供给医生直观清晰的诊断视野。而当前临床三维超声成像普遍使用的三维容积探头,不仅成像视野较窄且成像质量也相对较差,仅能应用于一些特定部位的扫描。目前,随着科技的发展,机器人技术已经慢慢融入了人们的生活,尤其是在与医学领域相结合的应用中,更有着出色的表现。机器人系统具有高精度和可重复性的特点,在与临床超声结合时,可以有效降低用户差异,标准化扫查流程。此外,利用机器人系统的实时定位功能,还可以实现自由二维超声扫描下的三维超声容积重建。这表明医疗超声机器人系统的出现,给解决临床超声难题带来了新出路。基于此,本研究开发了一套全自动的机器人超声自主扫描及三维成像系统。它是一个集全自动多角度扫查、实时力反馈控制、实时超声质量优化及三维成像等多种功能的完备的超声辅助诊断系统。其主要由三个模块组成:自动视觉引导、自动扫描控制和自动三维成像。自动视觉引导部分,使用微软Kinect V2深度相机来获取扫描场景信息,然后自动分割出患者待扫描皮肤区域的点云信息,并由此自动规划扫描路径。该路径包括了确定机械臂末端执行器位姿的所有信息,使其可以实时可控的完成扫描,以实现探头完整扫描整个目标区域的任务。自动扫描控制部分,系统使用KUKA iiwa 7型机械臂来驱动探头。为确保机械臂安全可靠,本研究使用了力保护措施结合阻抗控制来执行机械臂的基本运动,给机械臂“柔软”的特性,也使其具有恒定安全的扫描力。同时为了优化采集的超声图像质量,本文又在此基础上添加了基于超声图像质量优化的伺服控制,以实时调整探头姿态来获取高质量超声图像,使其在面对复杂表面时,也能够较好的完成扫描及采集图像任务。自动三维成像部分,系统利用扫描过程中的实时记录下的二维超声图像及其对应位姿,使用基于像素的球形核函数插值算法来进行三维超声容积重建,从而得到直观立体的组织图像。最后,本研究通过对仿体及人体的扫描重建实验,验证了系统各个功能模块的可行性。并且设计了多个误差评估实验对系统的精度做了详尽的测试。实验表明系统可以安全高效的完成扫描及重建任务,且系统扫描误差约为1-3mm,三维超声重建长度误差约为0.35%,体积误差约为1.1%。由此说明该系统能够较好的帮助医生完成二维超声的扫描及三维超声的获取,有望将来应用于临床中。