1、20世紀(jì)以來(lái)，醫(yī)學(xué)技術(shù)和醫(yī)療設(shè)備的不斷升級(jí)讓醫(yī)療外科取得巨大的進(jìn)步。醫(yī)療外科的改革也不斷的被提上了日程，機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)在臨床醫(yī)療中的使用越來(lái)越普遍，例如全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)、全髖關(guān)節(jié)置換等輔助手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。但是像ROBODOC、CASPAR、ACROBOT等骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，由于售價(jià)十分高昂導(dǎo)致其在中國(guó)和其他發(fā)展中國(guó)家還未能得到推廣和普及。所以有必要開(kāi)展膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中切骨系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)，旨在提高國(guó)內(nèi)骨科手術(shù)機(jī)器人研究水平。通過(guò)對(duì)

2、膝關(guān)節(jié)置換機(jī)器人系統(tǒng)的調(diào)研得知其應(yīng)具備以下功能：手術(shù)機(jī)器人及其實(shí)體控制；基于CT圖像的三維模型重建；基于視覺(jué)的定位導(dǎo)航。本課題的研究目標(biāo)就在于研究和開(kāi)發(fā)一套機(jī)器人輔助全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的切骨系統(tǒng)，其主要包括以下方面：
　　首先，機(jī)器人輔助切骨系統(tǒng)構(gòu)建：1）膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中重要的概念進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，例如脛骨平臺(tái)、股骨干線、下肢力線、膝關(guān)節(jié)假體等；2）對(duì)傳統(tǒng)人工的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的股骨切骨和脛骨切骨部分進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，主要目的在于方便后續(xù)

3、章節(jié)的展開(kāi)；3）針對(duì)膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中機(jī)器人切骨系統(tǒng)的硬件進(jìn)行選取，主要包括切骨機(jī)器人本體、深度視覺(jué)傳感器、機(jī)器人末端切骨執(zhí)行器的選??；4）針對(duì)膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中機(jī)器人切骨系統(tǒng)的軟件控制系統(tǒng)功能模塊進(jìn)行分析并加以實(shí)現(xiàn)。
　　其次，對(duì)切骨標(biāo)定的方法和技術(shù)展開(kāi)詳細(xì)分析：1）提出 Xtion相機(jī)的內(nèi)參標(biāo)定和Xtion相機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)器人基座標(biāo)系手眼標(biāo)定的具體方法；2）完成股骨、脛骨關(guān)鍵點(diǎn)視覺(jué)定位工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3）對(duì)標(biāo)志板和探針標(biāo)記點(diǎn)的三維坐

4、標(biāo)提取算法做了詳細(xì)介紹和實(shí)現(xiàn)；4）利用視覺(jué)定位工具和視覺(jué)系統(tǒng)完成建立股骨和脛骨坐標(biāo)系，并對(duì)股骨和脛骨的標(biāo)定進(jìn)行詳細(xì)分析和推導(dǎo)；5）對(duì)切骨標(biāo)定方法進(jìn)行了精度誤差分析。
　　然后，對(duì)操作臂切骨運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析：1）在對(duì)UR5機(jī)器人進(jìn)行正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和推導(dǎo)；2）利用探針提取股骨、脛骨關(guān)鍵特征點(diǎn)完成股骨和脛骨的建模，從而選取對(duì)應(yīng)的假體，最后結(jié)合假體的關(guān)鍵尺寸來(lái)生成對(duì)應(yīng)的切骨面；3）根據(jù)生成的切骨面并結(jié)合不同切骨面的切骨方式完成各切骨

5、面的軌跡規(guī)劃。
　　最后，利用機(jī)器人切骨系統(tǒng)完成模型骨切骨實(shí)驗(yàn)：1）ROS平臺(tái)下完成切骨動(dòng)作的仿真實(shí)驗(yàn)；2）利用機(jī)器人切骨系統(tǒng)完成模型骨切骨實(shí)驗(yàn)；3）切骨下肢力線的重建效果的檢驗(yàn)和機(jī)器人切骨系統(tǒng)評(píng)估。
　　本文通過(guò)全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人切骨系統(tǒng)進(jìn)行了全面的介紹，以及完成對(duì)模型骨切骨實(shí)驗(yàn)，充分驗(yàn)證了全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人切骨系統(tǒng)的可行性，主要包括股骨脛骨標(biāo)定方法的可行性，標(biāo)志點(diǎn)實(shí)時(shí)跟蹤和定位算法的可行性，操作臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的可行性