人机交互是自动化技术研究领域中的一个重要组成部分。目前的人机交互装置大多数是在二维平面下运动，并将动作信息传输至计算机以完成对二维空间内对象的控制。对于三维空间内物体的控制，其在实时性和操作精度等方面很难满足要求，在应用上有相当大的局限性。　　 本文旨在设计一种自动控制装置，用于完成三维空间内对物体的自动控制，人或控制源进行虚拟操作，通过虚拟操作单元和计算机完成对受控对象的实际操作，以达到控制目的。　　 在对三维空间内物体的控制中，加速度、速度和位移是物体运动的三个重要参数，这三个参数又是密切相关的。当确定了物体的初始状态后，通过对物体的重力加速度在三轴的分量大小可以计算得到物体的姿态角，并通过姿态角确定物体的姿态。通过对物体的外力加速度在三轴的分量的一次积分、二次积分可分别确定物体运动的速度和位移。　　 本文首先阐述了以需求为导向的设计目的及应用背景，在此基础上提出了虚拟操作单元的总体设计思想。然后介绍了虚拟操作单元的硬件及软件设计，在系统的硬件方面，以TI公司的CC2530作为微控制器，利用基于MEMS技术的三轴重力加速度传感器ADXL326采集动作信息，利用ZigBee无线通信技术完成数据传输。最后通过实验接收数据并进行三维仿真与模拟。通过实验证实虚拟操作单元基本能够完成对物体的自动控制，误差在可接收范围之内，并且具有稳定性高，操作与安装简单，成本低等特点。　　 本论文提出并设计一种新型的在三维空间内完成虚拟操作以控制实际物体的自动控制装置，是一个基础的、底层的设计，对今后更深入的虚拟操作方面的研究有一定的借鉴作用。