采摘自动化是解决中国农村原始作业的一个重大课题，农村大面积的水果采摘依然停留在原始的作业方式上，实际上这也是基础和应用研究的一个死角，但是它蕴涵着极大的生命力和广阔的市场前景。研究开发果蔬采摘机器人，对于解放劳动力、提高劳动生产效率、降低生产成本、保证新鲜果蔬品质，以及满足作物生长的实时性要求等方面都有着重要意义。 本论文所针对的项目为团队自主开发项目，对本技术领域一些未公开的技术信息无法借鉴，本论文所含内容主要是基础性的工作，为本项目做一个创始性的开端：针对的荔枝的生长特点，设计整个操作机，包括整体设计类型方案的选择、操作空间的设计、手臂设计、末端执行器的设计；对整个机械手连杆系统进行运动学分析，探讨其运动特性，并作出数据验证，为控制算法提供依据；针对移动关节变量不容易分离的特点，提出采用通过控制精度分段求解的方法；在运动学基础上，对机械手做出路径规划和低层控制策略，提出退化移动关节自由度的控制思想；对设计内容进行虚拟场景仿真，对设计内容与虚拟仿真作比较。 根据对作业对象(荔枝)的工作要求，机械手必须要有足够的工作空间，足够的灵活性，因此本机械手机械本体结构采用关节型本体结构设计。设计特点有：整体设计上本着结构紧凑、弯转容易、良好的扩展性、足够的自由度、优良的可靠性原则进行设计，工作范围较大。如果不人为地加上额外的关节角度限位，此设计的工作空间几乎是手臂长度所能到大的整个球空间内的所有位置；由于工作空间是针对荔枝树的果实的一个高度层面范围，在设计上加入了一个移动关节来调整高度范围，与其它没有升降移动关节的关节型机器人相比，相同的工作空间要求条件下，减轻了对手臂的长度和刚度的要求，使操作机整体更为紧凑，精度更容易控制；在负载较大的关节处，升降关节处采用丝杠传动，大臂和小臂关节处采用涡轮蜗杆传动，使得机构紧凑、传动平稳、精度容易控制、定位良好以及一定程度的平衡性能。 在对机械手实际控制操作中，需要将齐次变换的方法应用到机器人的各连杆之间，以及机械手与周围环境之间的运动关系之中。此机械手实际上是依靠各关节坐标值(即关节旋转角或移动量)的改变来运行的，从机构学的角度看操作机实际上是由转动和移动关节连接起来的开链式连杆系统，每个独立驱动的关节决定着机器人的一个自由度，利用齐次变换矩阵可以方便地描述这些坐标系间的相对位置和姿态，这也就是运动学正解的过程。机械手末端执行器工作时，由于劳动对象的本身的特性，在进行工作时，末端执行器的位姿往往是已知的，在末端执行器位姿已知的情况下，如何要求全局中每个连杆达到自己本身所应该到达的位姿状态，这便是运动学反向求解的过程。在运动学分析的基础上，推算出雅克比行列式。轨迹规划是根据机器人作业任务的要求，计算出预期的运动轨迹，首先需要对机器人工作进行作业描述。机器人轨迹规划属于机器人低层规划，不涉及人工智能的问题。为了简化计算公式，降低对系统计算能力的要求，在对控制灵活性影响不大的前提下，根据机械手的结构特点，本文提出对其进行自由度退化处理的方法。 根据所设计的操作机功能和在运动学分析基础上对机械手的各个自由度进行虚拟场景仿真，通过虚拟仿真平台提供的路由机制和事件触发机制控制各个自由度需要的相关节点，实现虚拟样机场景的系统仿真。