随着科学技术的发展,遥操作机器人在医疗领域具有广泛的应用前景。但是基于网络的遥操作手术机器人也面临着一些挑战,网络传输时延的存在会影响遥操作系统的稳定性和临场感。因此,本文研究了基于虚拟仿真预测的主从遥操作手术机器人系统,通过在主端控制平台建立一个虚拟手术仿真系统,有效地解决了遥操作系统因为时延而导致的不稳定问题,同时使得医生在主端控制平台上能够实时看到并感受到从端手术器械与组织的交互,提高医生的临场感。首先,主端控制平台搭建一个虚拟手术仿真系统,建立组织和手术器械的仿真模型。当医生在主端操控触觉机械臂进行手术时,虚拟手术仿真系统能够模拟仿真出从端手术器械与组织的交互场景,并计算出相应的交互力,通过触觉机械臂作用在医生手上,有效地解决了时延导致的遥操作手术机器人不稳定的问题。其次,由于虚拟手术仿真系统自身亦存在不稳定问题,本文设计了一种基于无源理论的能量限制力反馈控制算法来保证虚拟手术交互过程的稳定性,并通过实验证明该算法能够保证系统稳定,且使系统具有较理想的力反馈逼真度。由于软组织力触觉模型存在着个体互异性,在手术前只能得到某种组织通用的力触觉模型,因此相应的模型可能不准确。为了能够提高交互力预测的准确度,本文利用手术过程中实时检测的手术器械位移和真实交互力数据,对虚拟组织的力触觉模型参数进行在线修正,给医生提供更接近于真实交互力的虚拟力反馈,以提高医生的临场感。最后,本文搭建了基于虚拟仿真预测的遥操作手术机器人实验平台,进行了实际实验。实验结果表明,虚拟手术仿真预测的方法能够改善有时延遥操作手术机器人系统的稳定性,提高主从轨迹跟踪的准确性;模型在线修正算法能够准确地辨识出当前手术组织部位的力触觉模型参数,从而减小虚拟交互力与真实交互力的误差。