目前,微创手术技术应用于脊柱外科领域,还存在着诸多困难:如需多次CT扫描以确定插入人体内的手术器械的位置；穿刺针极易误入椎管而造成致命伤害。南开大学机器人研究所在“863计划”的资助下,研制了基于CT图像导航的脊柱微创手术机器人系统。该系统利用自身定位精度高、无颤动、抓持稳定等特点,解决了上述问题,保证脊柱微创手术的安全进行。　　 本论文详细论述了以FPGA为核心器件的脊柱微创手术机器人运动控制器的设计与实现。其中主要内容包括:　　 1.基于坐标线性变换的触摸屏标定和映射方法,运用SOPC技术和硬件描述语言设计了触摸屏采样控制电路,实现了控制器的人机交互功能。　　 2.利用Nios系统的自定义指令技术,设计了CPU与CAN总线控制器(SJA1000)的接口,较之以往的连接方法,通讯效率有了很大的提升；　　 3.设计了双CPU Nios系统结构,将控制器的通讯部分工作从控制算法部分中分离出来并行执行,进一步提升控制器的硬件性能。　　 4.针对脊柱微创手术机器人的特点,对机器人运动控制算法进行了研究。包括关节电机正弦加减速控制、单轴定位的PID控制、机器人多轴联动控制以及末端工具运动路径规划等。所有的控制算法均给出了MATLAB下的仿真结果,部分算法使用C语言在控制器中实现并给出实际运行结果。　　 在完成了机器人系统的研发工作后,使用本机器人实验样机进行了包括活体动物实验在内的几项脊柱穿刺手术相关的模拟实验,并对结果进行了分析,验证了机器人系统设计的有效性,为今后的改进及应用于临床打下基础。