在生物科学研究和实验中，机器取代人工操作可以避免操作人员因长时间高强度劳动产生疲劳的现象，大大降低了操作人员的技能要求，进而让生物技术被更多人掌握。应用自动化显微操作系统进行细胞工程实验，能够使细胞操作简单化、自动化，提高操作效率和成功率。本文围绕显微操作的自动化和智能化的主题，研制了一种多功能细胞操作器件，进而构建了一套计算机控制的自动化显微操作系统，利用光机电技术结合实现稳定性好、可重复性高的自动化细胞操作。首先，分析了CCD与生物倒置显微镜结合的成像原理，根据显微操作系统的结构和特点，进行目标的自动搜索及定位。在此基础上分析了自动化系统执行细胞注射、胚胎玻璃化冷冻的机理，为进一步展开自动化显微操作的研究提供理论依据。其次，针对细胞操作批量化、集成化的需求，设计并制作了一种多功能细胞操作器件，利用该器件不仅可以替代多个培养皿，还便于目标的定位，可进行细胞的固定、清洗、搬运和冷冻等多种操作。接着选择合适的机械定位系统和显微视觉系统，将各部件及其驱动器连接到正确端口构建自动化显微操作系统。使用PID控制器与视觉反馈结合，实现了二维平台、三自由度操作手和微量泵等执行元件的精密控制。基于显微视觉伺服技术，应用霍夫圆变换识别细胞并控制平台跟踪细胞；利用离焦法控制显微镜自动聚焦，并通过图像清晰度评价函数进行验证。最后，将小鼠卵细胞置于多功能细胞操作器件中，利用自动化显微操作系统分别自动完成细胞吸附固定及小鼠胚胎玻璃化冷冻实验，能够在1min内固定9个细胞，大幅提高细胞注射效率；在25~35s内完成胚胎的玻璃化冷冻，并且比人工操作的成功率提高了16.7%。通过机器与人工操作的对比，验证了选用合适的控制方案及视觉算法，自动化显微操作具有稳定性好、可重复性高等优势。