随着机器人科学技术的发展,软体机器人受到了越来越多的研究者的关注。软体机器人一般用具有柔性、弹性的材料制作而成,与传统的刚性机器人相比,它具有形变能力、运动能力以及安全性上的优势,同时在医疗领域,对于手术机器人的研究已经成为了一个热门课题。因此在本文中将两者结合起来,设计末端能够跟随跳动的心脏进行手术操作的机器人系统。软体手术机器人心脏跟踪系统的难点在于,软体机器人的建模方法更为复杂,因为软体机械臂会在重力的影响下发生形变,采用传统的刚性机器人建模方法无法准确的计算出软体机器人的位姿,从而影响到控制的精度。同时心脏的运动规律不断变化的,会给跟踪带来困难。本文研究的软体机器人是用硅胶制成的,采用线驱动的方式使软体臂发生形变。本文设计了基于模型预测控制的软体机器人心脏跟踪系统,使得在心脏手术过程中,在心脏跳动的条件下,软体机器人的末端能够跟踪心脏表面目标点运动。与传统刚性臂相比,软体臂的形变除了与关节变量有关外,还会受到重力的影响。使用传统的常曲率模型,会导致软体臂的模型不精确,从而影响控制的精度。为了解决此问题,本文在对软体臂建模时考虑了重力的作用,基于Cossrat梁理论,建立了软体臂的力形变模型,从而可以更准确的计算出在重力影响下软体臂的形变以及末端位姿。在此基础上在软体臂末端的嵌入双目相机,通过双目相机可以计算出心脏表面目标点在相机坐标系下的坐标,再通过力形变模型可以计算出了心脏表面目标点在软体机器人基坐标系下的坐标。为了解决心跳频率变化的问题,本文根据采集到的心脏目标点位置数据,对心脏表面目标点的坐标进行建模,从而预测出未来一段时域内的目标点的运动,作为轨迹跟踪的期望轨迹。同时心跳模型参数是随着系统运行实时更新的,使得该跟踪系统可以适应心跳频率的变化,并设计实验证明了心跳预测算法的有效性。最后设计了模型预测控制系统来控制软体机器人跟踪上期望轨迹,并通过仿真和实验证明该心脏运动跟踪算法能够跟随上心脏运动,且在在心跳规律变化的情况下也能维持跟踪。