苹果采摘季节性明显,体力劳动量大,还具有一定的危险性。运用采摘机器人进行采摘,一方面可以减轻劳动者的工作量,改善作业环境;另一方面可以降低生产成本,提高经济效益。由于采摘机器人受到多种因素的制约,其技术还不够成熟。本文以苹果采摘机器人为研究对象,针对采摘机器人的采摘臂自由度不足,灵活避障性差;以及采摘机器人整体结构复杂,成本高的缺点进行研究,设计了一种六自由度关节坐标型苹果采摘机器人并建立机器人的虚拟样机模型和运动学模型,然后对虚拟样机的运动学特性和静态特性展开研究,对机器人的关键部位进行优化设计,并通过仿真实验验证优化结果的合理性。本文主要研究内容及结果如下:(1)采摘机器人总体方案设计。针对采摘臂避障性差的问题,设计了一种六自由度关节型机械臂;针对机器人结构复杂、控制难的问题,设计了一种两指气动式采摘器;针对采摘机器人成本高的问题,设计了一种经济型三轮式行走机构。最后确定出采摘机器人的总体设计方案和相关的技术参数。(2)采摘机器人运动特性分析。根据采摘机器人的运动学特性,采用D-H后置坐标法建立机器人的附体坐标系以及运动学方程。用MATLAB仿真机器人的工作空间,通过与机器人的采摘范围进行对比分析,确定采摘机器人臂长范围。对机器人速度和加速度分析,求解机器人速度雅克比矩阵以及末端采摘器速度表达式。对采摘轨迹进行规划,并对关节空间角速度和角加速度仿真分析。(3)建立虚拟样机模型并对结构相关问题进行研究。建立两指气动式采摘器并对其张角大小和承载能力进行定量分析,建立三自由度(RBR)型手腕并对其传动系统进行设计,建立了机器人底座结构并对腰部电机进行选型设计。最后,对采摘机器人整体结构进行设计装配。(4)采摘机器人静态研究及优化设计。对采摘机器人整体进行基于ANSYS的静力分析和模态分析,验证机器人的强度、刚度和稳定性。并对关键部件大臂进行拓扑优化设计,减轻大臂的质量,最终实现样机模型的优化设计。本文重点对采摘机器人的机械臂和末端采摘器的结构进行设计研究,为农业果蔬采摘机器人的灵巧避障性能分析提供理论依据以及样机模型提供设计方案。本文相关的研究具有重要的工程实践意义。