果蔬收获机械手有利于提高农业生产效率,为改善农业生产模式、解决劳动力不足、实现农业生产的规模化、精准化和工业化提供支撑。本文针对单粒果实收获机械手工作效率低下、果实损伤的问题,以七自由度番茄串收获机械手为研究对象,主要研究机械手的轨迹规划和番茄串的防摆定位问题。运用改进型Denavit-Hartenberg法构建机械手的连杆坐标系,计算各连杆参数,获得了机械手的正运动学模型。采用矢量积法求解机械手的雅克比矩阵,并采用Matlab/Robotics工具箱验证了机械手模型的正确性。通过拉格朗日法建立机械手的动力学方程。采用多项式插值法、抛物线过渡的线性插值法、摆线法和B样条曲线法,对机械手末端执行器从果实串采摘点到回收点的运动进行规划。实验表明:五次多项式插值法满足路径点边界条件,规划的曲线连续平滑,算法实时性较好。针对末端执行器夹持番茄串运动时,番茄串的大幅度摆动造成果实损伤的问题,介绍了振动主动控制技术的输入整形法,从输入整形器的工作原理和设计过程进行阐述,并采用单自由度振动系统进行了验证。结果表明:ZVD整形器和EI整形器对于具有模型误差的系统振动抑制效果较好。实地测定番茄串的物理特性,获得番茄串物理特性的平均值。采用拉格朗日法对末端执行器—番茄果实串系统建立动力学模型,经线性化处理分别获得末端执行器运动位移和输入力矩以及番茄串摆角和末端执行器位移之间的传递函数,并对恒力作用的系统响应进行验证,结果表明:系统建模和线性化处理有效。基于双闭环PID设计了末端执行器—番茄果实串系统的防摆定位控制系统,并对定位和防摆效果进行验证,通过改变番茄串的质量和穗梗长度研究控制系统的鲁棒性。经仿真实验表明:双闭环PID控制对于末端执行器定位和番茄串的摆角控制效果较好,但存在调节时间较长的问题。因而提出基于系统降阶模型设计输入整形器,仿真实验表明:输入整形器对于系统定位和防摆控制效果良好,对于系统参数具有较强的鲁棒性。搭建控制系统实验平台,采用STM32F103ZET6作为主控芯片、步进电机作为运动执行机构,对设计的控制系统进行验证。