核磁共振图像(MRI)导航的手术机器人因兼顾了核磁共振图像的清晰度高和机器人的稳定性、精度好等优点而成为医用机器人研究的前沿,而可靠性分析是保证医用机器人安全应用的重要手段之一。针对医用机器人系统缺乏足够实验数据的缺点,提出一种非概率密度凸集可靠性模型,以安全域与变量全域的质量比值来表示和度量关键部件的可靠性。通过与其他可靠性模型的计算数值比较,验证了该密度凸集可靠性模型的合理性。通过整机的有限元分析,找出系统的薄弱环节及关键结构部件。在此基础上,采用有限元—神经网络(FEM-ANN)的方法拟合关键部件的结构响应,进而根据所提出的凸集理论对该部件进行可靠性评价,实例验证了该模型的合理性与可行性,并为医用机器人整机的结构优化设计奠定了基础。