本课题来源于国家青年自然科学基金项目（编号：61105099），项目名称为“面向柔性导管远端主从介入操作的建模与控制研究”。近年来以导管为核心手术器械的微创介入手术因其创伤小、恢复快等优点，在世界范围内被广泛用于心血管疾病的治疗。但是传统心血管介入手术还存在很多不足，手术工具可操纵性差，对医生在现场的依赖性高，且辅助信息不够直观、全面，手术过程中医生受到X射线辐射以及巨大噪声干扰，医生和病人的安全性都难以保障。机器人技术与医疗技术相结合能有效解决上述问题，通过主从导管机器人系统，医生在远程控制机器人插管完成手术，比起人工插管定位更加精确，而且缩短了手术时间，减少医生和病人的辐射量，增强手术的安全性。论文首先详细阐述了课题的背景，介绍了国内外对主从介入操作导管机器人系统的研究现状，总结了国内外学者的研究成果并分析了存在的不足，介绍了课题的目的和意义。在国内外研究成果基础上设计了主从介入操作导管机器人系统，对系统的主从结构进行介绍，并针对从手端的结构及模型进行了详细探讨，建立了导管几何模型、导管轴向运动时从手端动力学模型，接着建立了从手端所处环境心脏的运动模型。其次针对导管输送过程中的位置跟踪控制问题，采用各种位置控制算法，实现从手端导管末端对主手端位置指令的准确跟踪，设计了模糊PID控制器和变论域模糊PID控制器。仿真结果表明，模糊PID控制提高了导管机器人系统的响应速度，改善了抗干扰性能，增强了手术的安全性，在导管机器人微创血管手术中具有可行性。而变论域模糊PID控制是对模糊PID控制的改进，解决跟踪精度与响应时间、响应速度的矛盾，同时增强导管机器人系统的鲁棒性能，确保手术安全进行，验证了变论域模糊PID控制器的有效可行性。最后对主从介入操作导管机器人系统力反馈和力控制问题进行研究，介绍了力传感器的分布以及力反馈功能的实现，接着采用不同的力控制策略对导管机器人系统进行控制。基于位置的阻抗控制将力控制转换为简单的位置控制，同时不需要精确的导管模型是系统最优控制策略。接着针对力信息采集、传输、运算固有的时间延迟问题，设计了预测控制器，通过性能函数计算将来的控制动作，仿真结果表明预测控制预测心脏同步运动弥补延迟时间，增强跟踪精度，极大地提高了主从介入操作导管机器人系统的安全性。