光学导航系统与手术机器人结合出现的术前影像规划、术中实时导航、靶区的精准定位等信息医疗技术可有效提高穿刺手术成功率、缩短手术时间。但目前的穿刺机器人反馈信息少、自动化程度不高,实际工作中仍需要医生很大程度的参与才能完成一场手术,且过程中仍存在操作臂抖动、穿刺过程中出现穿刺针形变等问题,不能避免呼吸运动等因素引起的靶区移动带来的影响。为使穿刺手术机器人达到更高的自动化水平,应对多种复杂穿刺环境,本文在前期光学定位机器人控制技术的研究基础上进一步研究了机器人力反馈相关技术。本文针对穿刺针在实际不同穿刺场景中的受力情况,设计了包含软、硬件的力反馈控制系统,研究了与系统相适应的夹具自重滤除算法和导纳控制算法,来适应、解决实际穿刺术中穿刺针受力异常问题,实现对穿刺针的零力跟随控制。具体研究内容如下:（1）机械臂光力控制平台的设计为实现具有手眼仿真程度的高自动化水平的手术穿刺机器人系统,本文在前期视觉伺服控制机械臂的研究基础上加入了力觉伺服控制,此技术方向所包含的研究内容有:机械臂末端穿刺针执持器的机械结构设计,用以完成对穿刺针的持握固定与穿刺引导;末端执持器的控制电路,用以完成穿刺针力信号采集与通讯和控制进针模组运动;上位机软件,用以协调机械臂与末端执持器的通讯、控制和部署相关算法。后经验证,此平台软硬件模块方案均可正常工作。（2）传感器负载重力偏置滤除执持器末端的的力传感器所挂载的夹具、穿刺针等重物会对穿刺针的应力数据采集产生严重影响,因此需重点考虑传感器所负载夹具的自重对接触力的干扰。此处首先采用机械臂的正逆运动学对机械臂末端任意姿态时传感器坐标系下的重力加速度的表示做解析,然后对实际自重质量参数做精确辨识,在比较了各种不同算法的优劣后,采用了最小二乘法并构造目标函数来对夹具的质量做参数辨识,最终结果,在穿刺针不受任何接触力的情况下,机械臂在任意姿态下传感器各方向平均读数可保持在0.08N以下。（3）零力跟随控制算法研究自重偏置滤除后,传感器可以采集到较为真实的针与组织间的接触力。由于所选用的机械臂位置控制功能完善,可直接在机械臂末端的笛卡尔坐标系空间进行运动规划,于是可在机械臂的末端笛卡尔坐标系进行导纳控制模型建模,将机械臂末端等效为空间阻尼系统构建基于位置控制的微分方程,将偏置滤除后的传感器所采集的接触力信号作为系统的输入,采用微分方程的数值法求解每一时刻的机械臂的零力补偿位姿。最终结果,机械臂可根据穿刺针的接触力补偿出新的位姿,并实时运动至新位姿,跟踪运动过程中实验对象与穿刺针的相互作用力小于1N,满足不切割伤害周围组织器官的条件,证实了此方案的有效性。本文较为完善的构建了力反馈控制系统,包括机械结构、控制电路、上下位机控制软件以及重力偏置算法与柔顺控制算法,为后续光力融合控制开发与活体动物实验奠定了良好基础。