CT引导下经皮肺穿刺介入诊疗技术具有创伤小、安全性高和局部疗效好等优势,在肺癌活检、消融、放射性粒子植入等治疗中发挥着重要作用。但此技术在临床过程中具有辐射危害,医生无法在CT环境下根据实时术中影像实施手术操作,仍然依赖医生主观经验或以虚拟图像导航设备进行穿刺,穿刺准确性低、无法及时发现穿刺过程中发生的病灶移位、出血、气胸等情况,制约了此项技术的发展和肺穿刺手术的质量。因此急需建立一套全新的真正实时的图像引导穿刺机器人系统,实现CT介入下肺穿刺手术的全面改观。本研究针对目前肺穿刺手术中实时性差、穿刺精度低、手术难度大等问题,研发了主从式肺穿刺手术机器人系统,使医生能够在远端实施穿刺手术,实现无辐射实时穿刺。论文围绕肺穿刺手术机器人力反馈主从系统及控制策略展开,重点研究手术机器人的运动性能、双边控制算法、力觉交互技术,并开展相关实验验证和研究。具体内容如下:第一,通过对CT引导下经皮肺穿刺手术的临床需求分析,结合图像、遥操作、机器人等相关技术,研发一套基于力反馈的主从式肺穿刺手术机器人系统,并提出了相应的手术操作方法和流程。第二,针对主从异构式手术机器人系统,对其主操作手进行了运动学建模,并求得了正逆运动学解的所有显式解析表达式,以实现实时运动控制。针对从端机器人,基于D-H参数法,构建机器人运动学模型,分析机器人正逆运动学,并基于蒙特卡洛方法,分析机器人运动空间,研究抛物线过渡的线性插值法分析机器人关节空间的轨迹规划,并进行了相关的仿真实验。第三,对肺穿刺手术机器人系统的控制策略进行了研究。对不同的双边控制策略进行建模,并选择力-位混合型控制策略。研究系统的工作空间映射,采用增量式位置控制策略获得主从空间映射关系,通过变比例主从控制方法实现主从工作空间的灵活调整。将主从跟随误差引入到位置反馈,提高系统的位置控制精度和跟随性。另外,对机器人的作业任务进行分析,研究基于位姿分离的运动控制策略,并提出基于任务导向的运动控制算法。第四,研究主从式肺穿刺手术机器人系统的力反馈算法。设计数字滤波器实现对六维力传感器采集的原始力值信息进行滤波处理,通过重力和零漂补偿及坐标转换算法获得从端手术器械与环境之间的真实交互力,并将其反馈到主端;另外,将主从操作过程中的位置误差与力反馈信息进行融合,并共同反馈至操作者,进一步提高了主从控制过程中的精确性和安全性。最后,在主从控制系统分析的基础上,搭建实验平台,对机器人系统的性能和控制策略的有效性进行实验验证。实验结果显示,肺穿刺手术机器人系统的定位精度能够满足穿刺手术的需要,基于力反馈的主从控制系统能够使医生在远离辐射环境下实施手术,保护了医护人员的身体健康,并可提供较好的操作灵活性和临场感。