在临床治疗中,中心静脉置管术(CVC)是一类使用非常广泛的穿刺手术,不仅可以对患者进行快速补液,还可以进行静脉压监控、肠外营养和药物注射。由于在穿刺过程中缺乏必要的理论支持和穿刺参数的选择,CVC非常依赖于医生的经验。随着机器人技术日益成熟,机器人越来越多的用于临床治疗中。本文设计了一款带有主被动混合式锁骨下静脉穿刺机器人,建立了穿刺力模型并对影响穿刺力大小的因素进行了研究。通过对CVC手术步骤进行分析,提出了穿刺机器认的设计准则,通过功能分析选择SCARA机器人为原型,为满足手术要求为其增加了自由度;根据尺寸最短原则得到满足手术要求下的机械臂最短杆长;在机器人末端设计了具有可以调节穿刺角度和穿刺速度的穿刺模块;使用Matlab对机器人末端工作空间进行分析,使用ANSYS软件对机器人自重下的刚度分析,结果均表明所设计机器人满足使用要求。为了实现高精度穿刺,并使穿刺过程有理论依据,对针穿刺软组织过程及人体解剖结构的分析,将穿刺力分为四个部分:刚性力、切割力、摩擦力和血管穿刺力。根据弹性力学中接触理论,提出了刚性力模型;根据线弹性断裂力学中能量理论分析,得出了切割力模型;利用土木力学中摩擦桩和材料力学相关知识对针与组织之间相互作用原理进行分析,建立了摩擦力模型;根据血管是一种特殊腔体特性,利用板壳力学对血管穿刺力进行建模。设计并搭建血管穿刺力实验平台,进行穿刺力实验,通过穿刺结果和所得穿刺力模型进行拟合;分析穿刺不同生物组织和模拟组织之间穿刺力的异同;将影响穿刺力的参数分为穿刺方法、穿刺针几何参数和生物组织三类,并对这些参数进行实验研究。通过实验数据建立响应曲面,分析了穿刺力在多维参数下的影响,在一定程度上指导对不同穿刺条件下进针参数的选取。