本文以机器人辅助经皮穿刺手术为研究对象，详细讨论了穿刺针与软组织的相互作用机理。对穿刺力模型以及影响因素进行分析，并对穿刺针变形进行了理论分析与实验验证。穿刺力机理研究有助于提高经皮穿刺软组织微创手术的准确性。柔性针与软组织相互作用的影响因素分析对穿刺针设计的改善、经皮穿刺手术进针策略的优化以及手术模拟系统的研发提供了理论基础。为准确表达软组织与穿刺针之间的交互机理，并解决穿刺力模型的泛化问题，本文将穿刺力分为：硬度力、摩擦力以及切割力。基于弹性接触力学理论，提出了硬度力的预测模型；采用改进的Winkler地基梁模型对摩擦力进行了模拟与分析；整个穿刺过程中，切割力被视为与穿刺介质相关的特定常数。基于接触力与改进Winkler地基梁模型，利用软组织与穿刺针的实测力学参数（如：弹性模量、泊松比等）和几何参数（如：针的外径、针尖斜角等）建立穿刺力的完整力学模型。通过穿刺实验对力学模型进行了有效性验证，实验结果表明文中提出的完整力学模型很好的吻合实验数据。柔性针与软组织的相互作用极其复杂且相互影响因素数量庞杂，本文根据它们作用对象的不同分为三种类型：穿刺针几何形状、软组织类型、穿刺方法。针对上述的影响因素，设计一系列实验去探讨它们对穿刺力的影响程度及其变化规律。除此之外，通过穿刺过程的微观观察，从微观角度阐述穿刺针与软组织相互作用机理。偏角柔性针在穿刺过程中由于作用在针尖处受力不均而产生变形，进而产生穿刺误差。为实现精确穿刺，测量并计算出柔性针的变形幅值是具有必要性的。本文基于双目立体视觉系统，进行图像标定与三维重建，并测量针在穿刺过程中的变形。然后基于针与组织相互作用力分析，将穿刺针假设为悬臂梁进行变形量计算，并与实验结果进行对比。最终，对不同针尖类型、不同直径的穿刺针变形进行了实验验证。