经济林球果产品在采摘与装箱作业过程需要大量的劳动力,传统人工方式存在效率低且准确率低的问题,同时近几年新冠疫情导致了劳动力缺失,严重影响经济林球果产业发展。而面向经济林球果作业的自动化设备或者大型工业机器人设备研发以及维护成本较高,通用性差,缺乏协作功能。虽然在当前研究中已经采用协作操作臂进行取代,但只具有六个自由度,无法适应更为复杂空间的任务要求且无法优化求解,没有很好地解决在球果采装（采摘和装箱）作业中结合环境约束球果姿态计算问题,鲜有考虑当作业环境中存在其他障碍物或跨工作空间时的路径避障问题以及针对多点连续运动的轨迹同步问题。当操作臂抓取错误球果时,如何更新任务也是当前研究中没有考虑的问题,作为重点的人机协作技术也没有很好的结合到实际作业场景中。本文针对经济林球果产品在球果采装作业中的操作臂运动规划与人机协作技术中的研究不足之处,提出了相关技术解决方案。计算满足环境约束的姿态,采用附带冗余优化的混合逆运动学,以生成抓取球果关节角度;针对球果采装任务,设计运动路径避障与同步轨迹规划算法实现运动规划任务,保证同步运动以满足路径约束,完成球果采装任务;研究人机协作技术,通过力控技术弥补操作臂球果采装运动规划方面的不足。本文的主要工作有以下四个方面:（1）研究满足环境约束的球果姿态生成技术。操作臂在深框抓取球果场景下需要生成避障抓取姿态,为解决这个问题,提出基于深框区域分割与远心约束设计一套解析的球果姿态计算方法。提出基于启发式和数值迭代结合的混合逆运动学算法,结合冗余优化可实现在多约束条件下获得可抓取球果的关节构型。通过仿真与实验结果表明,将所得姿态代入混合逆运动优化可获得满足约束的关节状态,在奇异点处误差相对现有研究方法明显减少。（2）研究操作臂轨迹规划同步技术。为实现操作臂在球果作业中的平滑运动,符合运动到目标点时满足环境避障约束且成功抓取球果的要求。基于全速度象限变换法与过约束速度制动技术,提出多维空间同步轨迹规划算法。应用到操作臂关节空间完成球果采装任务,获得了较好的运动效果。通过实验表明,算法可实现关节同步运动以达到目标位置,成功完成球果采装任务,避免了不同步造成的采摘任务中挤压球果和装箱任务中环境碰撞。（3）研究球果作业场景中操作臂路径规划技术。在实际作业环境若依靠人为示教和固定路径设定方式,则采摘场景或深框箱改变后都需重复编程。为解决以上问题,在路径规划方面提出DRRTC算法,基于离散化空间地图得到初始化先验图路径,作为构型空间采样的滑动约束,压缩搜索空间提升效率。形成一套针对球果作业场景的通用路径规划算法框架。仿真与实验表明,本文提出的DRRTC算法可以生成满足环境避障与人为任务约束平滑运动路径,以此完成球果作业任务,相较于现有规划算法耗时少、运动稳定。（4）研究人机协作中力交互控制策略。在球果作业中由于产品的多样性,品控无法定性描述,为解决操作臂抓取错误后无法被及时干预和修改运动控制决策问题,开展操作臂动力学与力控方面研究。提出三环动力学辨识方法与动态阈值碰撞检测算法,提高动力学估计与碰撞检测精度。根据外力持续时间制定新的运动方案,协同完成球果准确装箱任务。经过实验验证,操作臂能准确对人为干预产生柔性决策,进而协同完成球果准确装箱任务,弥补了只依靠运动规划所无法实现球果装箱环节中实时更改运动决策的缺陷,从而提高了作业效率与准确率。综上所述,本文较为全面的研究了面向球果作业冗余操作臂运动规划与人机协作技术。经过大量仿真与实验证明,所提技术有效提高了生产效率,其思想与方法不仅满足面向球果作业任务需求,还可用于林业敏捷生产的其他方面。