斑马鱼幼鱼作为一种典型的有脊椎模式生物,近年来在生命科学相关研究中得到了越来越广泛的关注。斑马鱼因为具有与人类基因相似度高、生长周期短、繁殖能力强、身体透明等优点,已成为生命科学家们在病理学、发育学、药物学、遗传学等诸多领域中的重要研究对象。斑马鱼幼鱼身体微小且十分纤细,通常需要借助显微成像设备才能观察其体态特征。在针对斑马鱼幼鱼的研究中,往往需要研究人员将特定的分子化合物、药物、激素等外源物质通过注射方法人为导入幼鱼体内,这对操作的精密程度提出了极高的要求。目前,这一操作主要通过经验丰富的实验人员手动注射来完成。然而,不同的实验人员在操作过程中会造成一致性差、成功率低、幼鱼损害高等一系列问题,严重影响后续的生命科学研究。虽然现有的针对斑马鱼幼鱼的显微注射设备可以实现基本的注射功能,然而此类设备主要采用微流控技术、负压吸持等方法来实现幼鱼位置与姿态的控制,无法在保证高通量注射的同时实现对幼鱼的无损捕捉。传统的面向细胞、胚胎的显微注射系统虽然技术已成熟并商品化,然而针对斑马鱼幼鱼这种外形不规则、具有自主意识、内部结构复杂的操作对象仍难以实现有效的位姿控制。本文围绕着在显微注射中的斑马鱼幼鱼位姿控制问题,进行了深入且富有创新性的研究,提出了一套基于磁镊的斑马鱼幼鱼视觉伺服位姿控制系统设计方案。本文的主要内容可以归纳为:针对斑马鱼幼鱼显微操作中的视觉反馈问题,在传统的计算机视觉算法的基础上,提出了采用包括K均值聚类、混合高斯模型(GMM)、期望最大化算法(EM)、主成分分析(PCA)等机器学习算法的新方案来实现显微视野内多目标幼鱼的识别、位置与姿态判断、目标跟踪等功能。在保证图像处理速度的基础上,大幅度提高了图像识别算法的精准性与鲁棒性,为后续的幼鱼跟踪与姿态控制奠定了基础。针对斑马鱼幼鱼显微操作中的轨迹规划问题,本文在分析当前主流的轨迹规划算法的同时,针对待处理的磁镊路径设计问题,提出了一套基于人工势场法的幼鱼轨迹规划方案。在通过图像算法提取出视野中多幼鱼的位置与身体朝向的基础上,设计了一套势能函数设计方案,采用多种深度学习中的优化算法,为每条幼鱼单独规划出其从当前位置到目标注射区域的运动轨迹,为后续磁控机器人的操控提供指引。针对磁控系统的平台搭建问题,本文详细分析了两种磁控线圈的控制特点,并根据不同的磁场特性分别设计了两套控制方案,并对其中一种方案完成了实验验证。在平台搭建的基础上,针对现有的装置设计了一套基于PID控制算法的先进的控制算法,可基本实现对磁镊的稳定控制。本文对所提出的设计方案,除基于旋转磁场的磁镊控制方案外,均进行了实验验证。在仿真与实验结果的基础上,对系统性能的重要指标(稳定性、精度等)均进行了详尽的分析,并给出了改进方案。