穿刺介入手术是医生通过双手协作利用穿刺针对患者的病灶区域进行一系列诊疗操作,具有安全系数高、创口小、恢复快、操作灵活的特点。但是传统手术方式高度依赖医生经验,且易导致医生疲劳。利用机器人人机协作来辅助医生实施穿刺介入手术,能够有效提高穿刺手术的安全性、可控性和稳定性。自然界中很多生物依据自身的刚柔协作展现出了良好的生存特性。然而,当前协作机器人的研究多集中在双臂协作,且多应用于工业领域;另外在介入手术过程中刚性针避障困难,柔性针易对软组织造成损伤。本文以软组织精准穿刺为目标,针对当前机器人辅助穿刺手术存在的不足及发展趋势,为降低穿刺过程中对软组织造成的损伤,提高穿刺精度,开展基于仿生设计理念利用刚性机械臂操控软组织目标靶点移动与柔性针灵活进针相互协作来实施穿刺介入手术的研究。为刚柔协作介入机器人精准穿刺手术的应用提供部分理论方法及实验基础。针对临床穿刺介入手术存在的问题与实际需求,分析得到了刚柔协作介入机器人的设计要求;受水蛭刺吸过程的启发,基于仿生设计理念及模块化设计思想,对机器人本体进行了选择、设计了刚柔协作介入机器人的进针机构、五自由度刚性机械臂;通过MATLAB/Simulink软件对刚性机械臂的运动学及工作空间进行了分析,使用ANSYS/Workbench软件对刚柔协作介入机器人受力薄弱零件进行了受力变形分析,结果验证了所设计结构及选用材料满足临床需要。采用上-下位机控制方式设计了刚柔协作介入机器人的控制系统软硬件结构。在对穿刺针穿刺软组织过程中的受力进行分析的基础上,采用了离散化方法将进针过程离散分析,对每个离散单元采用了改进虚拟螺旋弹簧模型来进行柔性针的弯曲变形模拟;为使模型计算结果更接近实际弯曲效果,对该模型下不同离散程度的弯曲结果进行了分析,得到了最佳离散长度,并证明了所提出模型的可行性。结合柔性针的运动特性,基于改进的渐进最优快速扩展随机树（RRT*）算法对柔性针穿刺路径进行规划,并使用MATLAB软件对该路径规划算法进行了仿真研究,结果验证了该算法的优越性。由于软组织建模困难,个体差异大,提出了基于正交双目视觉的刚性机械臂操控软组织目标靶点移动方法。首先建立了机器人模型、摄像机模型、软组织模型以及变形特征模型;然后建立了刚性机械臂运动与经视觉检测的软组织变形特征之间的映射关系,采用自适应控制器来实现目标控制;最后利用图像处理方法实现了目标检测与跟踪,通过实验验证了基于正交双目视觉的刚性机械臂操控软组织目标靶点移动方法的可行性。基于临床穿刺手术操作流程,设计了协作介入机器人穿刺过程。根据蚊子振动穿刺原理,设计了一种适用于刚柔协作介入机器人的振动穿刺方法,并设计实验评估了该方法的穿刺效果。为降低软组织损伤、提高穿刺精度,分析了平面中入针点、目标靶点、障碍物间的位置关系,提出了一种基于智能分块搜索与改进RRT*算法的刚柔协作穿刺进针策略。搭建刚柔协作介入机器人穿刺实验平台,验证了刚柔协作穿刺进针策略的可行性及有效性。