植物生长过程中与外界信息的交互是生命得以完成的保证。因此,准确、稳定、无损地获取植物的生命信息,对于揭示植物生长发育机理和评价植物生长状态具有重大意义。其中,离子流的动态运输在植物的生长发育、新陈代谢、营养吸收、感知刺激等过程具有关键作用。因此,植物离子流的动态检测研究越来越受重视。离子流检测是设计在数字显微镜成像基础上,通过控制玻璃微电极的精细运动,使电极以最佳状态接近植物组织、器官,获取不同测量点离子流动态信号。夹持控制玻璃微电极的设备是三维机械手,电极的运动精度取决于三维机械手的控制精度。本研究针对三维机械手各个手臂的运动模式、速度、方向等控制需求,提出具体解决方案并完成了运动控制系统的硬软件设计。论文研究主要内容如下:1.归纳了离子流检测设备的应用背景及意义、分析了离子流检测设备国内外研究现状和精密仪器研究现状,并阐述了离子流检测设备的工作原理,提出本文主要研究内容和目标。2.针对便携式需求以及选定的小型三维机械手的结构,分析设计了三维机械手运动控制系统的整体方案,即:根据三维机械手的调节螺纹结构,利用步进电机的细分技术,实现对三个运动方向精细控制;通过上位机控制界面,实现量化、直观、简便的控制操作。3.按照系统整体设计方案,设计、搭建三维机械手运动控制硬件系统:(1)对控制模块和驱动模块进行芯片对比及选型;(2)设计了控制系统的原理图并完成PCB板的设计制作;(3)完成了控制电路的焊接和调试。4.根据离子流检测精度需求和已搭建的硬件系统,编写下位机嵌入式控制代码,实现对三维机械手各个手臂的运动控制:(1)为了完成玻璃微电极的精准定位,根据调节螺纹的螺距和电极位移精度要求,在控制程序中设定了8个细分档次,最大细分数为128。(2)制定了与上位机通信的规则和控制命令。5.对上位机软件进行设计与编写。针对实际操作的需求,既要具有长距离位移的快速运动,又要具备在电极接近样本时的精细微调,还要实现采集期间的定时往复运动,对三维机械手各个手臂的运动设计了三种控制模式:连续、单步以及采集。同时还可以选择设置采集期间电极往复运动频率以及采集总体时间。试验表明,本控制系统实现了对三维机械手各个手臂运动模式、速度、位移及方向的选择控制等,能够将三维机械手夹持的玻璃微电极高、精、准地送到指定位置,使玻璃微电极能以最佳状态与生物细胞进行良好封接,满足了离子流信号采集需求。