面向微纳级操作对象的控制系统,其操作过程中会呈现出诸多与宏观操作不同的现象和特点,这对系统的灵活性、可靠性和高效性提出了更高的要求。本文结合SEM视觉辅助、力觉反馈设备、虚拟现实技术,搭建具有视觉反馈和虚拟力觉反馈的三维可视化主从遥纳操作系统,分析操作环境中的非理想因素,对操作流程和控制手段做进一步完善。基于VR技术构建拟实场景,增加主端操作者的临场感,并对虚拟模型的碰撞检测与力觉渲染进行分析,建立力觉临场感子系统。依据二端口理论对操作者-力觉设备-虚拟环境所构成的力觉交互系统建模,并利用Llewellyn绝对稳定判据分析系统稳定性;引入虚拟匹配环节(VC)消除虚拟环境所带来的不稳定因素,应用阻抗带宽理论评价加入匹配环节后的系统性能。为实现虚拟场景刷新与模型校正,应用边缘检测与改进的霍夫直线变换提取SEM图像目标物的平面几何参数;针对操作工具的闭环控制,提出兴趣区域(ROI)下的二维SEM图像深度特征提取策略,构造图像评价函数,快速聚焦基底平面从而确定探针与基底的接触关系。最后,建立人机交互实验平台;在同时具有视觉反馈与虚拟力觉反馈的三维拟实环境下进行交互式遥纳操作,完成纳米材料的操作实验,分析实验结果。