随着城市化的快速发展,我国人口老龄化问题显著,农村人口大量流向城市,导致农村人口劳动力下降。我国苹果采摘劳动力缺口巨大,因此,大力发展苹果收获机械可以解决我国农村劳动力短缺问题,同时降低生产成本。虽然目前工业机器人应用领域十分广泛,发展十分成熟;但农业领域由于作业环境复杂以及对机器要求更高,发展十分缓慢。本文将苹果作为采摘对象,对机械臂的结构进行分析设计以及进行拓扑优化,并对机械臂关节空间无障碍轨迹规划以及机械臂无碰撞路径规划进行研究。根据机械臂的作业要求,分析确定机械臂设计参数,选择合适的机械臂构型。运用图解法确定连杆尺寸范围,并使用Matlab软件对机械臂各连杆尺寸进行初优化,确定机械臂初尺寸。使用改进D-H参数法建立机械臂坐标系,分析关节角与连杆长度对采摘范围的影响。基于机械臂作业空间,以可操作度为指标进行优化,得出机械臂各连杆尺寸最优解。已知机械臂各连杆尺寸,使用Solidworsk绘制机械臂零部件三维模型,对机械臂的大臂和小臂进行静力学分析并验证其强度是否符合要求。并对其进行拓扑优化,降低重量,使其达到轻量化的目的。通过对比多种插值算法:三次多项式、五次多项式、梯型曲线、S型曲线等在无障碍物环境下对机械臂关节空间无障碍轨迹规划进行研究。分析研究结果表明S型曲线是最优插值方法,其具有速度变化幅度小,加速度变化平稳等优点。并运用运动学验证规划的准确性。使用相同障碍物环境,在存在障碍物的条件下,给定相同起点与终点（目标点）,在同一障碍物环境中,对机械臂进行无碰撞路径规划,以“路径最短”和“收敛最快”为评价指标。对蚁群算法和RRT算法进行分析对比,结果表明RRT算法整体优于蚁群算法,更适合机械臂无碰撞轨迹规划。