生物学在很多方面都激发了研究人员的灵感。100多年前,飞机的诞生就来源于一个人类幻想能像鸟类翱翔于蓝天的灵感。上世纪50年代,为了改善汽车的外形,提升汽车的性能,美国福特公司的设计师们曾借助潜水艇潜入加勒比海中,通过观察鱼儿游过窗户时留下的优美曲线寻找设计灵感。近年来,从大自然中获取灵感诞生各种各样仿生机器人的示例也是累见不鲜。蛇、象鼻、舌头和章鱼触须在杂乱的环境中表现出令人难以置信的移动、操纵和灵巧能力,这也激发了研究人员在机电设备中重塑他们的能力,促成了软体机器人领域的快速发展。这些仿生机器人也被整合到世界各地的手术室中,用于在狭窄而复杂的、人类开放性手术器械无法工作的环境中执行微创手术任务,例如细胞操作、微装配、微创治疗、污染物降解、靶向给药、定向诊断和血管介入等,实现或者改进了许多新的微创外科手术。微创介入手术是治疗血管内疾病的常见手段,尤其是在腹部手术中,微创手术已经替代开放性手术成为黄金标准。与开放性手术相比,微创介入手术具有创口小、恢复快、不用全身麻醉,手术风险低等优势。导管和导丝是进行微创手术比较常见的工具。由于普通导管/导丝不具备方向选择和自动推进的能力,当前的微创介入手术还存在许多的弊端诸如手术时间较长、对医生和患者辐射量较大以及大量缺乏有经验的医生等。因此,本课题围绕介入导管软体机器人的设计、磁操控系统的设计与搭建、在磁场中的偏转特性及其在三维仿真血管模型中的导航性能展开了深入研究。首先,设计并搭建了一整套三维空间内具有友好人机交互性的全方位多自由度的磁操控系统。该系统在软件上包含了主控制线程、电机驱动线程、视觉反馈线程、界面显示线程以及曲线绘制线程等模块,并预留了触觉传感器接口以便用于接收介入导管软体机器人尖端接触力的反馈。硬件上,该系统可分为驱动模块、执行模块,驱动模块包括主机、ECI3808运动控制卡、电机驱动器、摄像头和触觉传感器,执行模块包含两组相互对称的直角坐标机械臂和每个轴上的限位器组成。在每组机械臂的z轴上安装有一个永磁体,控制机械臂的运动即可调整永磁铁的位置和姿态,从而操控软体机器人在三维空间内任意方向上发生转向。其次,设计了一种具有大角度偏转能力的磁导航介入导管软体机器人,该机器人由在普通医用介入导丝头部嵌入一个柔软的磁性驱动器制成。分析了磁导航介入导管机器人在外加磁场作用下的偏转模型,并建立了相关的数学模型。并通过实验进一步验证该模型的合理性和准确性。最后,探索了介入导管软体机器人在外加磁场中的偏转特性及其在圆环和仿真血管中的导航能力。实验结果表明,所设计的介入导管软体机器人能发生大角度偏转,且能胜任在复杂且受限的血管环境下进行微创介入任务。