目前,人工颈椎间盘置换手术中使用夹具系统来进行磨削定位,但开展的并不广泛,这主要是由于其手术复杂、操作困难,一般的医生难以掌握,而且手术精度不高,影响手术效果,手术并发症高。手术中的难点是需要在正确的位置采用合理的方法磨削出与假体吻合的骨关节面,保证假体与人骨的配合,降低术后并发症的发生,其治疗效果严重依赖于磨削精度和磨削方法。而机器人辅助颈椎间盘置换主要有微创性、磨削精度高、术前规划合理、病人术后恢复快等优点。基于颈椎的内部结构与人工颈椎间盘置换手术,在国内外原有的颈椎骨磨削机器人发展现状上,提出一种新颖的六自由度颈椎骨磨削机器人,并对其进行相关的研究分析。(1)基于人工颈椎间盘置换手术背景,提出颈椎骨磨削机器人的设计要求,对机器人的构型结构进行分析与选择,基于公理化设计理论设计出六自由度串并混联机器人,运用有限元软件ANSYS对颈椎骨磨削机器人的结构进行静应力学分析和模态分析,获得颈椎骨磨削机器人的静态性能。(2)根据选定的机器人的机构特点,采用D-H方法对机器人进行运动学分析,得到机器人运动方程的正解,运用几何法求得在基坐标系下末端磨钻的位置坐标以及在末端磨钻机构末端坐标系下各个关节的位置坐标进而得到机器人的逆解,推导出雅可比矩阵。通过对数值仿真和虚拟样机仿真对比验证逆运动学方程的正确性。分析机器人工作空间、灵巧度和静刚度,探讨机器人的机构性能。然后运用拉格朗日法,对颈椎骨磨削机器人进行动力学建模,运用ADAMS虚拟样机仿真技术和MATLAB数值计算仿真对比的方法,验证动力学方程的正确性。(3)结合人工颈椎间盘置换手术流程,合理规划磨削实施方案,通过术前规划方法确定椎骨磨削坐标系与机器人固定参考系间坐标转换矩阵以及磨削区域尺寸,对磨削模式进行分析,确定磨削方式。基于椎板磨削区轮廓尺寸和球形磨钻的水平磨削模式制定相应磨削策略。通过确定高效轨迹参数,建立磨削轨迹方程并通过仿真验证磨削轨迹的正确性。同时,颈椎骨磨削机器人在规划后的磨削轨迹下进行动态仿真,验证磨削轨迹规划方案的可实施性。上述对颈椎骨磨削机器人的运动性能分析和磨削轨迹规划方法的进行研究,以期为开展颈椎间盘置换手术提供必要的技术支持,促进医疗机器人在我国更好的发展。