果实收获机器人是实现农业现代化的重要装备之一,对果实收获机器人控制关键技术的研究,有助于推动我国农业基础设施智能化和提高我国农业智能设备研发水平。本文以一种七自由度果实收获机械手为研究对象,分别对收获机械手的控制系统、无障碍轨迹规划、避障路径规划以及位置滑模变结构控制进行了分析与研究。根据果实收获机械手的运动特点,在Robotics Toolbox中建立机械手模型,分别采用三次多项式、五次多项式和抛物线过渡三种方法进行了关节空间内的无障碍轨迹规划研究,并对仿真试验结果进行了对比分析。结果表明抛物线过渡法相对具有实现更简单、位置匀速运动等优点。为实现收获机械手的高效率避障运动,在基于伪距离的梯度投影避障方法基础上,设计了一种变分法优化关节运动路径指标,结合梯度投影避障方法,提出一种新型动态避障规划方法。试验结果表明,新型梯度投影动态避障方法最高可实现关节运动量减少83.3%,机械手总体位移量减少31.7%,能够消除关节的冗余运动,提高机械手的避障运动效率。在MATLAB中采用S-函数建立了收获机械手单关节控制模型,进行了基于指数趋近律的滑模变结构位置控制研究,并分析了指数趋近律和切换函数参数对滑模控制器输出抖振和系统动态性能的影响。试验结果表明,在保证系统响应速度的前提下,可以通过适当选取滑模参数以减小控制器输出抖振。为解决滑模控制抖振问题,采用遗传算法动态调整指数趋近律滑模控制参数,以控制输出和关节位置误差最小为评价目标,不断实时搜索出最优的滑模参数。仿真试验结果表明,与普通滑模控制相比,该方法有效的抑制了关节滑模控制器的输出抖振现象,并且当关节受到外界干扰时,该方法具有更强的鲁棒性。通过分析当前主流机器人控制系统体系结构,结合果实收获机器人本身特性,提出采用基于CAN总线的主控制器+多关节控制器分布式控制系统方案。同时,针对本文机械手第六关节,设计并制作了基于STM32微控制器和AS5045的关节控制系统硬件,并设计了关节位置反馈程序、位置滑模控制算法程序及CAN模块收发程序等。搭建了第六关节电机试验平台,对关节的位置滑模控制及CAN通讯进行了试验。试验结果表明,虽然关节的位置滑模控制实际应用与系统仿真有所差距,响应时间变长了0.5s左右,但位置滑模控制及CAN通信都能够满足机械手的控制要求。