斜尖柔性针在软组织中做穿刺运动时,软组织对针尖斜面产生作用力,使柔性针的穿刺路径发生弯曲。通过控制针的进给以及旋转运动可以调整针尖位姿从而实现预期的穿刺路径并最终命中靶点目标。借助超声成像设备与力传感器,并结合柔性针穿刺软组织的弯曲特性,本文提出了一种基于针尖位姿识别与力反馈的柔性针控制,对基于二维超声的针尖位姿识别和力反馈的柔性针控制展开进一步研究。首先,基于超声图像提取针尖位姿并分析了3种探头追踪针尖的运动方式。通过将超声探头径向地垂直扫描针获取针截面的超声图像,对超声图像中彗星尾状的针截面图像进行中值滤波、二值化以及膨胀腐蚀等处理后由霍夫直线变换可提取针截面中心的像素坐标。根据超声成像设备的参数设置,可分析出超声图像中的像素尺寸与实际尺寸的对应关系,从而实现针截面中心的像素坐标与实际坐标的变换。在分别分析了3种超声探头追踪针尖的运动模型后,本文采用了鲁棒性强的超声探头往复运动追踪针尖的方式。其次,基于力反馈数据建立了穿刺软组织的针尖扭转滞后模型,基于针截面中心的坐标数据实现了针弯曲曲率的在线检测。柔性针与组织间的摩擦力将导致针尖扭转滞后现象,即针尖的旋转角度值总是滞后于针尾的,通过实验分析滞后角度与力的关系。根据穿刺实验的现象,采用间接前馈卡尔曼滤波器对超声探头往复运动追踪针尖提取的针截面中心的坐标数据进行处理,实现更加准确的针弯曲曲率的在线检测。再次,基于改进的RRT算法进行路径规划,根据路径评价函数和柔性针弯曲的特性,动态地规划路径并生成路径点,实现基于针跟踪和针弯曲运动控制。通过分析柔性针的弯曲特性改进RRT算法,提升其路径规划速度,根据路径评价函数选出最优路径后生成路径点,最终基于超声图像与力反馈实现了柔性针的穿刺控制。最后,通过针尖扭转滞后实验分析滞后角度与力的关系,并进行有障碍物情况下的目标靶点穿刺实验。对实验结果进行分析,验证基于针尖位姿识别与力反馈的柔性针控制的准确性。本文主要基于超声图像下的针跟踪以及由力反馈建立的针尖扭转滞后模型来实现柔性针的弯曲控制,提出了基于二维超声图像的针尖追踪方法,基于力反馈信息补偿针尖的扭转滞后角度,采用改进的RRT算法进行动态地路径规划生成路径点,并进行实验验证,为基于针尖位姿识别与力反馈的柔性针穿刺控制提供理论和实验基础。