经皮穿刺手术已经在现代临床实践中得到广泛应用。现阶段临床肾脏穿刺手术依旧停留在手动刚性针穿刺阶段,机器人自动穿刺场景下的肾癌靶向柔性针精准穿刺方法有着广阔的研究和应用前景。相比于传统的手动刚性针穿刺,机器人自动柔性针穿刺在提高穿刺精度,降低手术风险和提高手术效率等方面展现出巨大的潜力和优势。针对复杂环境下机器人自动柔性针穿刺,本文提出了新的柔性针穿刺精准规划与补偿控制方法,并进行了仿真及实验研究。为了得到满足柔性针非完整运动学约束的最优穿刺路径,本文提出了适用于二维环境下基于人工势场算法和最优圆弧拟合方法的柔性针最优路径规划算法。算法通过目标产生的引力场以及障碍物产生的斥力场将整个穿刺空间构建成为一个综合势能场,将势能下降最快方向当做针尖最优入针方向,得到有效路径点集。并通过圆弧路径依次连接入针点、有效路径点和靶点,获取包含所有光滑路径的参考路径集。最后通过路径评估函数从有效路径集中筛选出满足柔性针非完整约束的最优路径。该算法可以得到曲率可变的最优规划路径,相比于现有的等曲率和RRT路径规划方法,所提出的算法能够得到更优的穿刺路径。本文提出了基于模糊逻辑策略的柔性针闭环控制算法,以提高柔性针穿刺的安全性和精确性。模糊控制器根据针尖位置误差和误差变化率在线计算占空比改变量,用以调整穿刺轨迹,能够补偿软组织形变,组织异质性以及标定和控制偏差等不确定性问题导致的针尖偏离误差,有效地提高了柔性针穿刺的控制精度。通过调整初始最优规划路径中的一段或者多段圆弧路径,双圆弧拟合算法也可用于在线路径规划。借助术中补偿靶点漂移的在线路径规划算法和补偿穿刺针沿规划路径运动误差的模糊控制算法,有效地补偿复杂环境下靶点漂移,使得柔性针的靶向穿刺精度得以显著提高。在和软组织有着相似机械特性的琼脂胶仿体中完成多次穿刺实验,实验表明本文提出的柔性针闭环控制方法在复杂环境中具有更好的穿刺安全性和更高的穿刺精度。