水果分类是农业生产过程中的重要环节之一,目前由于机械化、自动化程度比较低,我国农村的水果分类工作主要还是由人工来完成。随着农业生产的规模化、多样化、精确化,某些地域呈现出劳动力不足的现象,再加之水果的挑选是劳动密集型工作,以及水果对时令的要求,劳动力不足已成为突出问题。为提高劳动生产率和作业质量,降低劳动强度,改善工作环境,实现分类作业的机械化、自动化和智能化,研究开发水果分类搬运的小型机械装置成为迫切需要解决的问题。本文从生产实际要求出发,在对苹果生物学特性及传送方式进行深入研究的基础上,完成了四自由度苹果分类搬运机械手的结构和控制设计。选取了机械手的坐标形式;设计了机械手的手部结构;选择了机械手的传动方式;使用了合理的手指结构;根据各部分气缸所需的驱动力,分别确定出手指与手腕主要尺寸;利用MATLAB6.5进行手臂结构优化设计。本文通过对苹果包装分类搬运机械手的研究,主要研究成果如下:对单、双支点回转型手指的夹持误差分析比较后,选用单支点回转型手指;在手部驱动杆运动时,通过两次夹持不同直径的苹果来确定手部滑槽的长度;将手部夹紧缸的缸体作为手腕回转气缸的转轴,从而达到结构紧凑、减小重量的目的;考虑到机械手的通用性,手腕必须设有回转运动才可满足工作要求,根据转动驱动力矩计算并选用回转气缸;建立了优化的数学模型,应用Matlab6.5来调整手臂的截面尺寸和长度,使其在满足强度、刚度和尺寸要求的前提下,得到最优尺寸和最小质量,实现手臂结构的优化设计;根据升降立柱的受力平衡条件,建立方程组,求解立柱导套的最佳长度,保证立柱在竖直方向沿其轴线运动;通过使用Pro/Engineer Wildfire对机械手规范化建模。机械手采用可编程控制器(PLC)控制,并根据机械手的工作流程编写出PLC程序。研究设计完成后的系统对苹果表皮损伤小,智能化程度较高。机械手具有运动灵活,占地面积小,操作简便等优点,因此,适宜于中小规模的水果分类搬运。