针穿刺技术在医疗领域应用广泛。传统的穿刺方式是由医生在图像引导下手动将针刺入体内,这导致医生长期暴露在射线环境中。机器人辅助遥操作针穿刺系统是一种可以防止医生长期暴露在X射线下的有效方式。当患者躺在CT室内时,穿刺的位置和深度由远端的医生通过遥操作的主手端控制。研究表明,在遥操作中为操作者提供实时力觉反馈能让操作过程更加安全、高效,并能提高操作精度。在穿刺过程中,通过力反馈装置能够将远端的力信号传递给人手。本文设计了一种面向手术机器人针穿刺的2自由度力反馈装置,主要包含以下工作:首先,结合针穿刺力学特点与人机交互机构的运动规律,开展了 2自由度针穿刺力反馈机构的机械设计,机电传动模型的建模与选型工作。其次,引入针穿刺中的解析理论模型对穿刺过程中针和软组织力学特性开展实验分析,分别选取鸡肉与猪瘦肉,对穿刺针直径和穿刺速度对软组织穿刺力的影响进行实验研究。再而,结合针穿刺的力学特点,提出了一种新的针穿刺反馈力控制算法。该算法包括两个闭环控制,内环是高带宽的电机电流控制以提升响应速率,外环是PID力控制来实现穿刺力的在主手装置的精确再现。对力控制算法的稳定性进行分析,并通过LABVIEW进行控制系统的软件编程与调试工作。最后,利用设计的机械装置与力控制系统,进行力反馈装置软硬件调试与相关实验研究。以鸡肉、猪肉组织为穿刺对象,进行了主从手的实时双边力反馈实验,观察力反馈装置的跟踪效果。同时开展了不同穿刺针直径,不同穿刺速度下穿刺力的反馈控制效果。实验结果表明了本文提出的针穿刺力反馈装置及控制系统的设计方法具备合理性与可用性,为手术机器人的力反馈装置设计与控制提供了新思路。