气管插管术作为一种有效的人工通气手段,在患者抢救与全麻手术中发挥着举足轻重的作用。但当前临床上均由医师手动完成插管操作,面临着插管成功率低、易引起术后并发症、医患交叉感染风险高、麻醉医师短缺等问题,因此亟需研发一种能代替人工完成高质量气管插管操作的机器人系统。在机器人介入呼吸道的过程中,其末端位置乃至整体姿态的实时感知对机器人的精确安全控制至关重要,而监测插管机器人的实时形状是在狭窄呼吸道中获取其位姿信息的首选方法。鉴于光纤传感器结构紧凑、抗电磁干扰、生物相容性高等优点,本文以气管插管机器人为感知对象,将光纤布拉格光栅（FBG）传感器集成在机器人上,以实现插管机器人的实时形状感知,对提高气管插管手术质量、保障医护人员生命安全具有重大意义。首先,研究了 FBG应变测量的基本原理,对基于FBG波长信号的曲率与挠率信息解算进行了详细推导,并针对传感器结构建立了4层应变模型,计算了层间的应变传递系数,通过数值分析手段与有限元仿真验证了传递模型的正确性,对基于FBG波长信号的曲线信息解算公式做出了修正。其次,以插值得到的离散曲率与挠率值为信息,在传统重构算法的基础上,分别提出了基于曲率与挠率拟合以及分段重构拼接的曲线重构改进算法,并对比验证了三种算法通过离散曲率和挠率信息还原出曲线的重构精度表现,结果证明:改进算法重构的曲线与真实曲线间的弗雷歇距离在1.0mm左右及以下,曲线终点的欧氏距离百分误差小于0.3%,且算法用时在1s左右,证明了改进算法在重构精度与算法速度上的优越性。随后,设计并制作了适用于气管插管机器人的形状传感器,并对传感器进行了参数标定和修正,对每个FBG的波长与曲率间的关系进行线性拟合,得到对应的灵敏度与初始波长。分别对形状传感器进行了二维及三维形状感知实验,得到重构曲线终点的平均欧氏误差分别为1.120mm和1.358mm（分别占全长的0.560%和0.679%）,平均弗雷歇距离分别为1.922mm和2.533mm,满足对插管机器人反馈控制的精度需求。最后,制作了气管插管连续体机器人原型机并将形状传感器安装至其中,同时搭建了配套的形状感知解调平台及上位机人机交互界面,构成一套完整的气管插管连续体机器人形状感知系统,并对气管插管机器人展开了实时形状感知实验,结果证明:所设计的形状传感器与形状重构算法可满足机器人控制算法所需的反馈精度与速度需求,能够保障插管操作的及时性与安全性。本文所得理论同样适用于其他经自然腔道手术机器人的形状感知和导航定位。