随着时代发展和科技进步，机器人技术也不断推陈出新，传统的刚性机器人采用硬质材料，自由度有限，难以满足日益增长的安全性和灵活性需求，由于其工作空间大、柔顺性差，因而也不适用于狭窄和拥挤的非结构化环境，在这种背景下，软体机器人应运而生。软体机器人的灵感最初来源于自然界的生物，研究人员通过对哺乳动物舌头、大象鼻子和章鱼触手等结构的观察和研究，发现了生物改变自身形状和尺寸以适应不同环境和任务的生理和运动机制，并将其用于机器人的设计和开发。与刚体机器人、离散冗余度机器人、硬质连续体机器人相比，软体机器人的优势主要体现在材料方面。软体机器人大多由柔性材料制作而成，材料本身具有的柔韧性和连续型，使软体机器人拥有无穷多个自由度，不仅确保了安全性，而且提升了灵活性，使得软体机器人能够在复杂的结构化或非机构化环境中自如地运动。软体机器人的上述特性，使之特别适用于微创手术、探索营救等应用领域。虽然软体机器人表现出种种其他类型机器人无法比拟的优势，但也不可否认，目前软体机器人的研究还存在诸多技术难题，严重制约了它的实际应用，其中最为突出的两点，一是建立准确的运动学和动力学模型，二是实现精确的运动控制。本文针对心脏外科微创手术中的消融操作，设计了一个线驱动柔性机械臂系统，建立了柔性机械臂的运动学和动力学模型，提出了自适应视觉伺服控制器，并通过实验验证了模型和控制器的有效性。本文的主要内容和创新点概述如下：1.设计了一个线驱动柔性机械臂系统。该柔性机械臂通体由硅胶灌注而成，内部无任何刚性结构，外部驱动装置通过牵拉嵌在其中的拉线，可使柔性机械臂产生一定程度的偏转和弯曲。2.建立柔性机械臂的运动学模型。基于分段常曲率的假设，建立了三个空间和两个映射，即驱动空间、虚拟关节空间、任务空间和驱动空间-虚拟关节空间映射、虚拟关节空间-任务空间映射，将4根拉线的长度变化量和柔性机械臂末端执行器的位置和姿态联系起来。3.建立了柔性机械臂的动力学模型。基于拉格朗日力学，分析了柔性机械臂每一小段的动能、弹性势能和动力势能，应用积分计算柔性机械臂的总动能和总势能，将它们代入拉格朗日方程，求得动力学普遍方程。4.提出了自适应视觉伺服控制器。基于与深度无关的图像雅可比矩阵，设计了基于运动学和动力学的视觉伺服控制器，该控制器应用自适应算法在线估计特征点在基座坐标系下的未知位置，并运用李雅普诺夫理论证明了控制器的渐进稳定性。