随着医疗技术的进步,微创手术得到了快速的发展。经皮穿刺作为微创手术的一种,已经发展的较为成熟。在穿刺过程中,作用在柔性针上的力会导致组织变形和针偏转,进而造成针尖错位,精确的针尖轨迹预测可以减少重新插入的次数,从而减少对组织的损伤。因此对穿刺过程中柔性针的受力及轨迹规划的研究十分重要。本文主要就以下几个方面进行了研究和探讨:首先,确定了力传感器与针座间的连接方式。为精确测量针座上的受力,本文利用机器人关节力学,根据针座处的受力情况,将针座和力传感器之间的结构看作为六自由度的机器人关节模型。在机器人雅可比矩阵分析的基础上进行静力分析,利用虚功虚位移原理推导出针座与力传感器之间的力学模型。其次,对穿刺过程中的柔性针进行了力学分析,建立了一种柔性针的准静态悬臂梁预测模型。在此基础上,确定了穿刺过程中影响针尖轨迹的关键因素。以针座推进距离、支反力、穿刺力、支反力矩和穿刺针型号作为模型的输入,针尖轨迹坐标作为模型的输出,建立了基于BP神经网络的力视感知预测模型,对穿刺过程中的针体轨迹进行预测。最后,使用不同型号的穿刺针进行PVA假体穿刺实验。处理采集的力数据和实验图像,获得力视感知预测模型的训练数据集,并对模型进行训练。使用LM算法、SCG算法两种不同改进算法对模型进行优化,对两种改进算法的优化效果进行评估。结果表明,LM算法改进的力视感知预测模型准确性高于SCG算法改进的力视感知预测模型。本文建立的力视感知预测模型能有效的预测穿刺过程中的针尖轨迹。