随着科学技术的发展,人们对微观领域的探索不断深入,研究对象逐渐往小型化的趋势发展,通过人工的方式已经难以实现对微细物体的精确操作,且人工操作存在劳动强度大、效率低、重复性差等缺点。因此,研制一套效率高、易于使用的自动化显微操作系统具有重要的现实意义。在本文中,根据显微操作任务的精度要求,设计了一套基于微小型机器人的显微操作系统,并对所涉及的关键技术进行了研究分析。其中,微小型机器人按机械结构可以分为平面运动模块和纵向运动模块,平面运动模块通过压电陶瓷和线圈的配合,可以实现平面范围内前进后退、左右转弯以及原地旋转运动;纵向运动模块通过步进电机和精密丝杆的配合,可以实现微操作工具在纵向方向上精确的上下运动。对全局视觉系统中涉及到的关键技术进行研究分析。首先,设计了一种基于识别板和YUV颜色空间的机器人位姿测量方法,实现了在全局视野下机器人的精确定位;然后,设计一种基于直线运动路径规划和微操作工具末端搜索相结合的方法,实现了自动引导机器人进入显微视野的观测范围;最后,采用最小二乘法实现了全局摄像机的标定。对显微视觉系统中涉及到的关键技术进行研究分析。首先,提出了一种基于模板匹配的粗定位和基于外轮廓检测的精定位相结合的方法,实现了微操作工具末端的精确定位;然后,提出了一种基于小波变换的图像清晰度评价函数,在此基础上,设计了粗调和精调相结合的自动聚焦搜索算法,使微操作工具能够快速、准确的完成自动聚焦过程,克服了采用手动方式进行调焦存在精度低、速度慢等缺点;最后,提出了一种基于点扩散参数辨识的方法,实现了微操作工具的深度信息提取,进而拓展了机器人在纵向方向上的操作空间。