本文以开颅手术机器人执行取骨瓣操作为出发点,搭建了具有颅骨钻、铣、磨功能的开颅手术机器人实验平台;以降低机器人进行颅骨钻削过程中可能产生的热损伤和机械损伤为目的,探究开颅手术机器人颅骨钻削参数与钻削温度和钻削力之间的关系,以及颅骨钻削深度测量方法,主要工作内容如下:首先,参考传统开颅手术过程,介绍了机器人辅助开颅手术的优点以及手术流程,并搭建了开颅手术机器人实验平台;分析了颅骨的组成和骨的力学和热学特性,说明了骨钻削过程中切削力及热量的来源和影响因素。其次,为探究机器人辅助开颅手术过程中钻削参数选取与温度变化的关系,利用ABAQUS建立了颅骨钻削过程的动态数值仿真模型;采用响应曲面法设计了钻削温度仿真实验方案,根据仿真实验结果,运用多元回归方法建立了钻削参数与钻削温度的二次回归模型,明确了各个钻削参数对钻削温度变化的影响规律;利用手术机器人实验平台进行骨钻削实验,验证了所建立模型的有效性。然后,为探究机器人辅助开颅手术过程中的钻削参数与钻削轴向力变化的关系,采用响应曲面法设计了开颅手术机器人骨钻削轴向力实验方案,根据实验测得的轴向力数据,运用了多元回归方法建立了钻削参数与钻削轴向力的二次回归模型,明确了各个钻削参数对钻削轴向力变化的影响规律。最后,为明确机器人辅助颅骨钻削过程中钻头与硬膜边界的相对位置,提出了一种基于视觉的颅骨钻削深度测量方法。以3D打印人体颅骨模型为实验对象,利用开颅手术机器人模拟开颅手术颅骨钻削过程,采用HALCON视觉算法库对钻削图像进行循环采集处理,实现了对钻削深度的实时测量,并统计分析了测量误差,结果表明所提出的方法是可行的。