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近年来，由于种种原因造成的骨与关节损伤疾病不断增多。但是，由于骨创伤的解剖结构复杂，传统的手术方法创伤大、出血多、操作难度大、术后并发症较多，骨折的治疗效果不能令人完全满意。计算机辅助矫形外科手术（CAOS），将机器人技术、医学成像、虚拟现实等先进技术引入到骨外科手术中，利用机器人定位准确、无抖动、受操作空间狭小限制小等特点，为上述问题的解决找到了很好的途径。CAOS在骨科疾病治疗上体现出来的巨大优势，一开始就受到了广大的医学工作者和工程技术人员的重视。美、英、德、瑞典、以色列和韩国等国家都在不同方面对CAOS进行了大量的研究工作，我国也开展了对CAOS的研究。自2003年起北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京积水潭医院联合进行矫形外科手术机器人系统的研究，完成了多例手术，取得了良好的效果。从临床实验中也暴露了一些以往工作的不足。为了提高系统开放性和定位精度，本文主要研究了新一代小型化骨科机器人控制系统的设计和实现。本文首先对4种适应症手术进行分析，由此提出小型骨科机器人系统的功能和控制系统的设计要求。其次进行控制系统结构设计、硬件电路设计和控制软件编程。控制系统采用分布式结构，以步进电机作为驱动元件，以智能步进电机驱动器SMC2005为下层控制器。再次，具体讨论了SMC2005的开发。以87C196KC为CPU，设计了控制脉冲发生电路、电机驱动电路、RS485通信接口、手动控制接口、上下位控制器的通信协议，编写了控制程序和通讯程序，并进行了驱动器的性能测试。然后对机器人本体结构特点进行分析，包括分析机器人的工作空间、灵活性，建立导航器定位误差模型。最后，通过分析和测试，验证控制系统性能。结果表明，小型化骨科机器人控制系统具有良好的开放性，精度满足手术要求，达到了预期的设计目标。