人们很容易受到各种形式的伤害,包括先天性和后天性疾病。膝关节作为人体中最大和最坚固的关节之一,其发病率持续上升,目前全世界约有2.5亿人受到膝关节疾病的影响,主要表现在软骨受损。然而膝关节中的关节软骨上的动态负荷可以通过膝关节外力矩和冲力可靠地预测。因此,可通过设计理想的矫形器以修复、激活和纠正损坏关节,进一步恢复肢体功能。然而,目前市场上的膝关节矫形器存在许多不符合使用的要求,如治疗效率低、舒适性差、无法调节铰链弯曲角度等。因此,本文以改善活动受限群体生活质量为主题,以膝关节矫形器为主要研究对象,建立其有限元数学模型,分析塑料矫形器的临界负荷形变,基于3D打印技术,研究塑料矫形器的制造和成型工艺参数对其强度和刚度的影响,最后提出一种计算机导航操作算法。具体研究内容如下:（1）建立下肢的有限元数学模型。分别扫描膝关节和脚踝弯曲90°和伸直时的肢体位置,创建虚拟样机模型以获取数据,将获取的数据导入软件中进行数学建模,为分析肢体轴向变形时不同材料情况下矫形器塑变的临界载荷提供支撑。（2）分析肢体轴向变形导致塑变的临界载荷。考虑到肢体轴的变形,基于有限元分析方法,在ANSYS中划分网格并施加载荷,进行集中载荷作用分析及应力计算,为评价矫形器质量提供参考。初步计算表明,膝关节矫形器最容易出现问题的区域是其最小细节处。（3）研究塑料矫形器的制造和成型工艺参数对其强度及刚度影响。考虑到每个病人的腿部结构的个体特征以及特征的不同属性,借助于复合材料零件的3D打印技术,从设计制造两个方面入手,通过更换材料和打印参数研究矫形器的制造和成型工艺参数对其强度及刚度影响,发现打印过程中温度波动会导致分层。（4）提出一种计算机导航操作算法。为解决常规导航操作不能满足个性化膝关节矫形器需求和精度的不足,考虑到人体腿部形态各异,提出一种基于腿部形态特征数学模型的应用计算机导航操作技术算法,使得改善病人的治疗效果成为可能。