脊柱是人体的主要受力结构，脊柱的损伤和许多疾病都与其受力情况相互联系。目前，对如何施加载荷于脊柱标本才能最代表人体在活动时的真实受力状态还没有一致的看法，对离体标本进行研究最大困难是如何模拟活体在生理或病理状态下的受载情况来确定对实验对象施加合适负荷。精确地描述脊柱的受力特性，对于人类健康保护、疾病治疗和损伤防护等都有着极其重要的意义。用什么来描述并测量脊柱的运动是脊柱生物力学所关注的问题。人们一直寻求在临床实用性与数学严谨性之间能够协调的脊柱运动的表示方法和测量方法。　　 本论文提出一种基于计算机控制的六自由度关节机器人生物力学实验系统，主要用于对人体脊柱标本进行生物力学实验研究。论文首先介绍了系统的硬件构成，包括关节机器人的组成、功能、性能参数以及传感器、数据采集卡、实验夹具的规格和功能；接着采用分层和模块化的方法介绍了运行在整个硬件平台上的软件系统以及生物力学特性曲线实时动态过程绘制的三种方法；然后介绍了机器人系统中各个坐标系之间的齐次变换方法以及混合力-位移控制方法的特点与应用实现；最后建立机器人生物力学实验平台进行人体脊柱生物力学实验，对自主研发的机器人生物力学实验系统性能的改进与提高给予评价。　　 本课题的创新之处在于提出使用六自由度关节机器人来模拟人体脊柱的三维运动。它可以实现对受测脊柱的自动加载，使脊柱发生前屈、后伸、左右侧弯、纵向加压和扭转运动，同时可测量脊柱在运动过程中所受的压力、扭力大小及运动状态。采用混合力一位移控制方法对实验对象进行加载，可以很好地测试脊柱功能单元（Functiona lSpinal Unit，FSU）各组织结构的功能和受力状态，很容易地确定脊柱退变和各类手术对脊柱功能单元各组织结构所承担负载的影响。因此，利用本实验系统进行人体脊柱生物力学特性研究，可以大大丰富人们对脊柱在活动时承受载荷状态下的生物力学特性的认识，帮助人们更好地揭示脊柱在承受负载时因老化或其他因素而产生退变的特性，为减慢人体脊柱的衰老和退变，更好地预防和治疗脊柱等疾病提供可靠的临床应用理论依据，具有极好的社会效益和极高的理论研究价值。