近年来在微创手术中,相较于传统刚性针穿刺,采用柔性针方案的靶向穿刺技术可以被动弯曲,提供了避障的可能因此增加了手术安全性,已成为各种器官穿刺诊疗的重要医疗方法。但由于人体内血管脏器的分布复杂性,柔性针靶向穿刺技术面临更多挑战,在电机非占空比控制下,柔性针的单曲率特性无法满足避障靶向穿刺的需求;在电机占空比控制下,柔性针的曲率可以进行缩小控制,但会产生额外损伤且小曲率的变化无法改变现状。因此,探针研究趋向于以实现可控偏转为目标的主动针转向方案,以此应对复杂的穿刺环境并完成精度更高的靶向穿刺。为提高穿刺安全性,主动针转向方案应减少对组织的损伤;为满足复杂环境下的避障穿刺,主动针转向方案应可获得范围更大更多的可控曲率半径。本文在套管柔性针的基础上,采用预弯针芯引导的柔性探针方案,设计了非耦合旋转进给机构来驱动预弯柔性探针,实现了预弯针芯相对于柔性针套的独立旋转和进给运动,将柔性针的主动转向分为曲率变化和方向变化两部分并且可以进行非耦合控制。通过实验来获取预弯针芯伸长量与穿刺轨迹曲率的关系,提出了基于实验数据的插值方法,应对柔性针在不同软组织中穿刺获得不同曲率的问题,可以在6次穿刺后对穿刺弧线轨迹曲率进行预测,获取31种可控曲率的穿刺轨迹,在较大的曲率范围内获取最多的可控曲率数量,优于其他主动针转向方案82.2%,曲率可控性更强且产生的额外损伤远远小于针尖控制类方案。为了通过仿真模型来辅助进行预弯柔性探针多曲率特征预测,减少辅助实验过程,建立了基于拟合挠度曲线的预弯柔性探针欧拉伯努利准静态模型,采用弹簧模型模拟探针穿刺组织的耦合过程,可以求出不同组织的拟弹簧系数,提高模型对于不同穿刺组织的适应性。基于获取的预弯柔性探针的多曲率特征轨迹模型进行路径规划,现有的随机搜索算法应用于探针路径规划会出现路径不够优化和路径不适用的问题,因此在快速扩展随机树星型算法的基础上,在其剪枝优化过程中添加了基于多曲率特征的路径拟合,基于路径长度进行持续优化以此来得出适应预弯柔性探针穿刺模型的优化路径,收敛速度优于普通快速扩展随机树星型算法8.8%,路径长度优于快速扩展随机树算法21%。在预弯柔性探针驱动装置和路径规划的研究基础上,设计了一套路径规划及跟踪控制系统,在三维空间中选取合适的二维平面进行平面路径规划及跟踪控制。具体功能为利用优化的快速扩展随机树星型算法实现靶向避障路径的优选规划;根据预弯柔性探针路径特征进行电机的位置编译和速度控制,获取实时轨迹并进行跟踪控制,提高靶向穿刺的精度。本文的研究工作提供了基于预弯柔性探针的主动针方案研究,为其靶向穿刺的应用提供研究基础。