介入手术是一种微创性治疗,在X射线的照射下,医生使用导管、导丝对病人的心血管疾病进行诊断治疗。遥操作介入手术机器人能够辅助医生完成手术,使医生远离辐射环境,同时手术机器人具有良好的位姿跟踪性能,能够提高医生对手术器械的操纵精度。然而医生使用遥操作介入手术机器人面临的一个问题缺少力反馈信息。本文将力反馈作为研究对象,对主从式手术机器人的运动控制与力反馈控制算法进行了探讨,对导管动力学模型建模方法与参数辨识算法进行分析,对提高力反馈计算准确性的模型修正算法进行了研究。本文根据医生对导管推送、旋捻的操作方式,选取主手端控制器Omega.7和从手端机械臂UR5搭建手术机器人平台。考虑到Omega.7与UR5的结构差异,从二者使用时的坐标系入手,对坐标转换方式进行了探讨,提出了主从坐标映射策略,确保主从式手术机器人位姿跟踪的准确性。导管“弹跳”式的力觉感受、人手的接触力感知阈值、主从系统之间的时延等都是影响手术机器人力反馈控制的因素。本文提出滑模控制作为力反馈控制算法,根据柔性体导管阻尼和刚度系数的物理属性,设计滑模面,利用滑模控制器提高系统的鲁棒性。主从式手术机器人需要解决的关键问题是医生如何准确获取导管与血管发生碰撞时的接触力。本文在主手端对导管进行了动力学建模,提出质量-弹簧-阻尼模型作为动力学建模方法。考虑到导管动力学模型参数无法在最初精确给出,需要从手端辨识获取模型参数。本文采用最小二乘法作为参数辨识算法,根据导管运动时的位姿与力数据设计目标函数,从而得到准确的导管动力学模型参数。主从系统之间存在的延时会影响动力学模型修正,这对力反馈计算的准确性提出了要求。本文提出广义预测算法对导管的动力学模型进行修正,根据辨识参数设计滚动优化指标函数,预测当前时刻的模型参数,从而降低时延的影响。最后,本文对所提出的算法进行了实验验证,进行完整的导管推送、旋捻的介入手术过程,从力反馈误差、人手感知阈值以及力反馈的实时性三个方面评价算法对主手端反馈力计算的有效性和准确性。