随着人类医学理论的不断进步,医疗设备的逐步升级,医疗外科正发生着质的飞跃。另外,随着工业4.0时代的开启,计算机、机器人、物联网等新型技术的运用愈发成熟,正逐渐改变着人们的生活模式。与此同时,医疗外科与计算机,以及机器人完美结合的手术机器人系统也正逐渐进入临床应用,代替或辅助外科医生完成全膝关节置换(TKR)、全髋关节置换(TKA)等一类的复杂外科手术。但诸如DaVinci、 ROBODOC、CASPAR等国外成熟的手术机器人系统,价格昂贵,在我国仍未普及。而国内针对TKR的代表性手术机器人系统WATO-Ⅱ,仍因各方面的技术缘由未真正意义上实现应用。因此,为改善国内的医疗外科现状,本课题得以开展。据悉,成熟的半自主外科手术机器人系统,其基本功能如下：1)手术机器人及其实体控制：2)基于CT图像的三维模型重建；3)基于视觉的定位导航。而本文研究目的即在于实现机器人辅助完成TKR手术中的切骨动作,为后期完整的半自主手术机器人系统打下结实基础,即上述所提到的第一部分功能。针对本课题的具体开展,包括以下几个部分：首先,全膝关节置换术中切骨机器人系统创建。内容如下：1)对TKR手术所涉及的基本概念及其手术过程做简要介绍；2)通过选用合适的机器人、切骨方式,设计可调屈曲切骨支撑装置等完成切骨机器人系统实体环境的构建；3)基于VS2010的C#高级语言编辑,利用机器人的开放的API接口、TCP/IP通讯协议等完成手术机器人上位机控制系统的构建,并就其系统主要功能模块进行了简要介绍。其次,对TKR手术中切骨标定及其轨迹规划展开具体分析。内容如下：1)针对膝盖骨(胫骨、股骨)的标定方式及其具体原理进行剖析；2)结合切骨环境、执行方式、最终目的、效率等多重因素完成膝关节骨各切骨平面的轨迹规划。然后,对高速铣削切骨的稳定性进行分析。内容如下：1)对人骨的基本结构、成分和力学性能进行详细分析；2)分析切削力与切削振动对铣削稳定性的主要影响缘由,再论述产生切削力与切削振动的主要切削参数；3)对这些切削参数展开定量分析,并结合参考文献制定最优数值。最后,结合上述理论分析,展开实验论证。内容如下：1)工件平面(二维、空间平面)的标定实验,并对实验数据展开对比分析；2)蜡烛模拟切骨动作实验；3)假骨模拟切骨动作实验,对实验数据进行具体总结与分析。本文通过详细的理论介绍以及具体的实验分析,充分验证了其研究内容,即本文所论及的标定与切骨方式,以及所构建的切骨机器人系统具备切实有效的可执行性。