该论文针对生物工程中细胞及染色体显微操作的特点,构筑了一套能理解操作者意图,可对活体细胞进行自动或半自动操作的微操作机器人系统.第一、对"微操作机器人系统"的概念进行了定义,分析归纳了国内外微操作机器人系统的研究态势、存在问题及关键技术等.第二、系统全面地分析了国内外微操作机构的研究态势,总结出了微操作机构选择所呈现的特征;根据生物工程中细胞显微操作的方式;分析了确定微操作机构形式的理论依据,并选定了两种较理想的微操作机构——六自由度串并联机构和三自由度平动并联机构;第三、提出了一种新颖的六自由度串并联微操作机构,利用矢量法建立了该串并联机构的运动学模型,分析了该微操作机构的特有性能,完成了串并联微操作手的设计和构筑;第四、应用螺旋理论对三维平动并联机构进行了型综合,定性地分析了各类三维平动机构作为微操作机器人执行机构的优缺点;从而选择出适于生物工程领域微操作的机构类型——三维平动Delta并联机构;第五、利用消元法对偏置式Delta并联机构的正逆运动学进行了深入分析,求出了所有数值解,并采用几何图解法验证了位置正逆解的正确性;利用矢量算法求出了雅可比矩阵,并基于雅可比矩阵的可逆性,研究了Delta并联机构的正逆运动奇异性问题;设计出了三维平动微操作手,并进行了标定.第六、构筑了一套能理解操作者意图,可对活体细胞进行显微操作的微操作机器人系统.讨论了微操作机器人系统的物理结构、逻辑结构及功能特点;利用该系统进行了活体细胞的显微注射实验,并对微操作机器人系统的技术指标进行了标定测量.第七、系统完善地分析了"面向生物工程的微操作机器人系统"应具有的基本机能,总结出了"面向生物工程的微操作机器人系统"的构筑原则.第八、深入分析了微操作机构的各种误差源机理及防止措施,为高精密的柔性微操作机构设计提供了理论依据;利用矢量法和DH法分别建立了六自由度串并联微操作机构和Delta微操作并联机构的运动学误差模型.研究了微操作系统控制系统及视觉系统的各种误差因素,并建立了系统误差数学模型;提出了减小微操作系统误差;提高操作精度的三项措施.