果实采摘是农业生产的重要环节，其劳动量大且费用高。使用采摘机械可以提高采摘效率、降低成本和改善劳动条件，而果蔬的生物力学特性研究可为果蔬作业装备设计与开发、预测和减少其机械损伤提供依据和帮助。针对荔枝手工采摘的弊端，为发展荔枝采摘机械，给其设计与控制提供依据，本文采用实验和仿真的方法，对与采摘机械相关的荔枝生物学特性和力学特性进行了深入研究，并应用研究结果，以荔枝采摘器具为实例进行优化设计。主要的研究工作有：　　1)研究了与机械采摘相关的荔枝生物学特性。主要包括测定与机械采摘相关的2个荔枝品种的物理特性，如几何学参数、硬度、摩擦系数和球度等，测定结果表明荔枝的摩擦角约为26°，其平均球度达到了0.97，且荔枝果壳均很薄，整个荔枝可视为球体，荔枝果壳可简化成均匀薄球壳，且果核视为长椭球体；观测损伤荔枝5天内的褐变情况，揭示荔枝的机械损伤机理；研究加载位置与加载力大小对荔枝呼吸强度和失重的影响，试验结果表明：加载位置与加载力大小对荔枝呼吸强度和失重的影响十分显著，加载力越大，荔枝受损度愈高，其呼吸强度和失重率也愈高，同时，横向受压后的呼吸强度和失重率均大于纵向受压的。　　2)研究了荔枝的力学特性。通过不同加载条件的压缩试验获取了2个品种荔枝整果的力学特性参数，包括最大破裂力、弹性模量、最大相对变形、刚度等；力学特性参数表明，荔枝果实的抗挤压能力具有各向异性，其纵向大于横向；分析了荔枝力-变形规律、弹性模量、刚度与应变之间的变化关系，以及荔枝整果的挤压裂壳特性。利用弹性力学公式及势能驻值定理，推导建立了荔枝临界破裂力模型，并通过试验数据进行验证，结果表明：其误差范围在8％-27％之间。通过对2个品种荔枝各组成部份(果壳、果核和果肉)进行拉伸、压缩试验，得到荔枝各部分的弹性模量，分析了果壳的拉伸特性、果核和果肉的压缩特性。采用正交试验法进行了不同剪切和夹持条件的荔枝果梗剪切和夹持试验以及弯曲试验，分析比较了试验条件对对荔枝果梗剪切特性和夹持特性的影响，结果表明：刃口形式、剪切角度和剪切速度对果梗最大剪切力、剪切功率、剪切强度和剪切应变能的影响均显著，果梗的夹持力大小与夹持材料、夹持纹路等因素密切相关。　　3)建立荔枝有限元模型并进行了挤压模拟分析。构建妃子笑荔枝的有限元模型，并通过与荔枝整果压缩试验数据的对比分析，验证所建模型的正确性。利用所建立的有限元模型，对荔枝的抗挤压能力和挤压裂壳特征进行模拟分析。结果表明：相同载荷作用下，荔枝横向受载所产生的最大应力及应变均要大于纵向受载。说明在相同载荷下，荔枝纵向抗挤压能力大于横向，荔枝的抗挤压能力具有各向异性的特征，这与试验结果相一致。同时，荔枝果壳的破裂是由于θ向拉应力达到了一定的程度才会发生的，裂纹沿外力加载方向出现，不同的加载位置会影响裂纹出现的部位。　　4)研究设计荔枝采摘器。根据荔枝力学特性的研究结果，以荔枝采摘器具为实例进行优化设计与仿真。分析荔枝的生物学特性与采摘特性，结合手工采摘器的一般工作原理和性能要求，提出串状荔枝采摘器的总体设计方案。建立采摘器采摘运动数学模型，并采用Matlab优化模型参数，同时构建采摘器虚拟样机模型及其有限元模型，进行采摘器采摘运动分析和强度分析等。仿真结果表明：在成人握力的范围内，剪切过程能够顺利完成，其剪切运动相对平稳，采摘器强度、刚度均能满足要求。针对荔枝采摘的复杂性和不确定性，分析采摘器虚拟设计与仿真系统的特点，构建采摘器的虚拟设计与仿真系统，并应用该系统进行荔枝采摘器参数化设计并制作样机进行采摘试验。