近年来,随着计算机技术、医学影像技术和机器人技术的发展,机器人辅助医疗技术在骨科膝关节置换手术领域得到了广泛的应用。由于传统人工膝关节置换手术存在对医生技术要求高,人工磨削精度低,测量不准确,磨削不稳定等问题,而机器人辅助膝关节置换主要有微创性、磨削精度高、术前规划合理、病人术后恢复快等优点。在分析人工膝关节置换手术的特点和膝关节结构的基础上,膝关节置换手术中引入机器人辅助技术。本文为更好提高膝关节的磨削精度,结合串联机器人和并联机器人的优点,设计了一款用于膝关节磨削的三自由串并混联机器人,来代替医生完成膝关节病灶部位的磨削。首先,基于膝关节置换手术背景,提出了膝关节磨削机器人的设计要求,通过选择机器人的坐标形式、材料、连接和驱动方式,设计了 3自由度膝关节磨削机器人的机械结构,并运用ANSYS软件对机器人进行了静应力和应变分析,获得膝关节磨削机器人的静态分析结果。其次,开展了机器人运动学研究,推导出机器人的雅克比矩阵和H矩阵、运动学逆解方程和运动学正解,通过数值仿真和虚拟样机仿真验证了运动学逆解方程,分析了机器人工作空间、灵巧度和刚度,探讨了机器人的静态性能。然后,运用拉格朗日法,对于膝关节磨削机器人进行了动力学建模,采用ADAMS虚拟样机仿真技术和MATLAB数值计算对比的方法,验证了动力学方程的正确性。最后,借鉴人工膝关节置换手术流程,合理规划了膝关节磨削机器人磨削实施方案,通过三点标定方法确定了股骨坐标系与机器人固定参考系间坐标变换关系,基于病患假体建立了其磨削轨迹规划方法,该方法先求出假体的面方程和边界方程确定要磨削出股骨的形状,再使用垂直于假体间隔一个走刀行距的面距依次去截假体求出走刀轨迹方程,并对该规划方法进行了仿真分析。通过对该膝关节磨削机器人的机构性能分析和磨削轨迹规划方法的研究,为开展膝关节置换手术提供必要的技术支持,并能促进医疗机器人在我国更好的发展。