自动化骨科手术需要获得骨组织的X光图像信息及其空间位姿信息,用以规划机器人运动轨迹,实现机器人对断骨的复位与固定.现在广泛使用的X射线设备(如移动式C形臂)无法提供断骨处准确的位姿信息,核磁共振设备(NMR)、断层造影设备(CT)等虽然能够获得准确的信息,但成本很高.因此,亟需一种适用于自动化手术的X射线设备.该课题结合国家"863计划"项目"遥操作辅助医疗正骨机器人系统",在对床旁移动式C形臂进行改造的基础上,对其进行运动控制及抑振研究,实现准确的信息采集,满足了自动化手术需要.C形臂的结构形式与串联机器人类似,该文利用机器人学理论进行分析,得到C形臂的运动学模型,并结合图像标定实现了手术空间、图像空间和世界坐标空间之间的坐标转换.以此为基础研制了C形臂控制系统,完成了C形臂的精确定位与拍摄,实现了断骨的图像拍摄与位姿提取.自动化的骨科手术要求C形臂X光设备提供多角度的同心拍摄图像用于手术诊断及骨组织的三维重构,但C形臂同心拍摄的中心是多角度拍摄时各X射线光轴的交点,是一个不可见点,这给同心拍摄的实现及拍摄效果的检验带来了困难.该文经推导得到同心拍摄运动的等价运动,并通过多轴复合运动实现了C形臂的同心拍摄;结合图像处理设计了同心拍摄实验,对拍摄效果进行了检验.实验结果证明同心拍摄提供的数据满足辅助正骨机器人系统的要求.C形臂的悬臂结构,决定其是一种典型的大惯量、低刚度系统,具有突出的谐振问题.谐振的存在不仅使C形臂运行时产生噪声,影响拍摄质量和速度,还会损害C形臂本体.为获得满意的运动性能,该文对C形臂的谐振问题进行了研究.针对C形臂系统在中高频段存在的谐振,通过改变伺服回路中串联的Notch滤波器,压低谐振峰,抑制谐振的影响.针对C形臂的低频谐振模态引起的残余振动,采用输入指令整形滤波器以开环方式作用于控制系统,在不改变控制系统硬件结构的前提下,有效地抑制了残余振动,解决了由于刚性不足引起的定位精度不足、指令响应时间长的问题.提高了C形臂系统的控制性能.