近年来,由于环境污染严重,人的工作压力增大,亚健康引起人的免疫能力下降等因素,使得癌症的发病率升高迅速。微创介入治疗具有靶向性强、创伤小、无副作用以及安全可靠等优点,因此被广泛应用于癌症治疗手术中。其中穿刺术是医学上一种最为普遍的微创介入技术。传统的穿刺手术采用刚性针的直线运动来实现穿刺,但在直线进针时其路径受限,且由于刚性针的自然形变会引起目标靶点的定位误差,这严重影响治疗的效果。为解决上述问题,柔性针穿刺被学者们提出。与刚性针穿刺相比,柔性针穿刺利用针体的形变在经皮穿刺的过程中通过曲线运动,避开骨骼、血管及人体中的其它器官等障碍,灵活、准确地到达目标靶点位置。本课题利用机器人辅助柔性针软组织穿刺,从临床医学的需求出发,研究人与机器人的共同配合的柔性针穿刺规划,建立机器人辅助柔性针软组织穿刺系统。通过将人的经验性、适应性优势和机器人的精确控制优势结合,来提高医生对穿刺路径的控制和实现能力,解决了人工柔性针穿刺操作难度过大和机器人自主柔性针穿刺适应性差的问题,为机器人辅助柔性针穿刺技术的临床应用建立理论基础和基本方法。首先,建立机器人辅助柔性针软组织穿刺的运动学模型。通过分析柔性针的穿刺原理以及柔性针在软组织穿刺中的运动特征,采用可变半径的多段连续圆弧的单轮车模型作为柔性针的运动学模型。通过模拟柔性针在软组织中的穿刺过程的实验,来验证所建的柔性针的运动学模型的合理性和可取性。并为柔性针的路径规划奠定基础。其次,基于临床医学应用的需要,深入研究机器人辅助柔性针软组织穿刺的路径规划算法。对各种柔性针软组织穿刺的路径规划的算法进行简单概括,重点分析快速扩展随机树(RRT)算法的基本理论及特点。针对传统RRT算法未考虑柔性针穿刺系统的运动学模型、搜索的路径非最优的、算法未涉及到穿刺环境的研究的问题,提出改进的RRT算法。详细阐述改进的RRT算法的流程,实现过程以及特点,并通过MATLAB软件仿真对规划的柔性针的路径进行实验验证。再次,开发机器人辅助柔性针软组织穿刺系统的样机。设计机器人辅助柔性针软组织穿刺系统的总体方案以及穿刺机构的具体结构,并对下位机控制系统的设计进行分析。穿刺系统的样机的开发为机器人辅助柔性针软组织穿刺模拟实验提供实验平台。最后,对上述的理论进行实验验证。制作能够模拟人体软组织的模型,再通过柔性针软组织穿刺机器人模拟柔性针扎入软组织的穿刺过程,对规划的柔性针的路径进行实验验证。并收集和整理实验的数据以及实验图,分析实验结果以及产生误差的原因。