过去的十多年中，微操作技术得到了长足的发展，其应用广泛涉及微系统（微机电系统-MEMS、微光机电系统-MOEMS）的制造领域。目前，采用微操作机器人是实现半自动或自动化微系统的直接装配和集成的重要手段。然而，随着微操作技术的发展，对微操作机器人及其相关技术提出了更高的要求。首先，微系统制造多类型、小批量的发展态势，对微操作机器人系统的柔性提出了更高的要求。其次，显微视觉作为微操作技术的重要组成部分，提供了底层非接触式反馈信息，包括微器件的几何特征、空间关系以及运动特性。但由于光学显微镜的特性，和宏观视觉相比，显微视觉具有视场狭小、焦深短等缺点。本文针对以上的问题，在柔性微操作机器人系统的构建、自动调焦技术、显微图像融合和微器件3-D表面重建、显微视觉/微力混合控制技术等方面展开了研究。　　针对微操作机器人系统功能单一、柔性差和成本高的缺点，对面向微系统制造的微操作系统的制造能力提出了更高的要求。从提高系统的柔性出发，结合机器人模块化设计思想，构建了柔性模块化微操作系统。系统可根据作业任务和作业对象的不同，通过系统重构，满足MEMS压力传感器自动静电键合和MEMS行星齿轮减速器装配任务需求。　　自动调焦技术是实现自动化微操作的关键技术，而它的核心便是清晰度评价函数。在分析显微图像特点的基础上，提出了基于小波变换的图像清晰度评价算法，和其它算法相比，该算法具有相对较高的聚焦精度和聚焦分辨率。采用区域选择法的3-D微器件的自动聚焦的方法，实现了处于不同深度的微器件目标的自动聚焦。结合3-D自动聚焦和Depth-from-focus深度恢复的方法，实现深度方向上稳定的接触碰撞控制。　　光学显微镜成像时，很难同时获得高的分辨率和大的成像空间。提出了基于复小波变换的图像融合算法。融合处于同一视场的不同焦平面上的显微器件的图像，获得一幅富含全局信息的清晰图像，“拉长”了光学显微镜的焦深。结合图像序列中基于复小波变换出的“清晰”像素的深度和像面的位置信息，实现了微器件的3-D表面重建。2-D显微图像融合和3-D表面重建信息，有利于对微装配和微操作任务的深刻理解，对任务规划和实时控制有着指导性的意义。　　耗时较长的图像采集和图像处理导致了视觉伺服具有大的延迟，严重影响了系统的目标跟踪能力和抗干扰能力。提出采用改进Smith预估器(MSP)来改善视觉伺服系统的控制品质。建立了具有MSP的动态“look-and-move”视觉伺服系统的结构。同时构建了精确的视觉伺服系统分时模型以消除模型误差。结合自动调焦技术，提出了区域跟踪和SSD特征跟踪切换显微视觉跟踪策略，实现单目显微镜下目标的3-D跟踪。2-D和3-D显微视觉跟踪实验证明，具有MSP的视觉伺服系统比PID控制器具有更好的视觉跟踪能力和抗干扰能力。　　针对显微视觉在微操作中的不足之处，在对比分析显微视觉和微力反馈的特性的基础上，提出了采用显微视觉/微力混合控制方法实现微操作的精确控制。开发了PVDF高精度三维微力传感器。介绍了微力/位混合控制、一维和三维显微视觉/微力混合控制策略。实验验证了显微视觉/微力混合控制策略。　　复杂MEMS器件的装配是微操作技术的一大挑战。以MEMS压力传感器自动静电键合和MEMS行星齿轮减速器微装配应用对象，介绍了显微视觉定位、微力控制、显微视觉/微力混合控制策略各单元关键技术在微装配实验中的应用，以及微装配策略。实现了两者的微装配，验证了各单元关键技术和微操作机器人系统的柔性制造能力。