中国猕猴桃种植面积稳居全球第一,2017年陕西猕猴桃种植面积(超过100万亩)和年产量(超过130万吨)均稳居全国首位,但是目前中国猕猴桃采摘作业主要依靠于人工,增加劳工成本同时降低了国际出口竞争力。国家每年一号文件大力倡导发展农业机器人,但是采摘效率是限制农业机器人实用化和商业化的重要因素之一,末端执行器是决定采摘效率的关键执行机构,同时果实采摘模式决定了末端执行器的工作效率。因此,研究多果采摘模式和研制猕猴桃多果采摘末端执行器对于推进猕猴桃采摘机器人产业化发展具有重要作用。本文以西北农林科技大学猕猴桃试验站(眉县)棚架式栽培模式下成簇状生长的“海沃德”猕猴桃为研究对象,进行多果采摘模式和多果采摘末端执行器的设计和研究。主要研究内容如下:(1)猕猴桃果实相向运动多果采摘模式的研究。猕猴桃果实簇状生长分布特征和果实果柄分离特性将为研究多果采摘模式提供理论依据。文中测量统计棚架式猕猴桃簇内果蒂高度分布特征,进而提出相向运动多果采摘模式,进行猕猴桃果实果柄分离试验和猕猴桃空间旋转分离试验验证其可行性。结果表明果实簇果蒂高度均值为155.0cm,果蒂高度差均值为35.3mm,综合多果可采摘率为63.6%;猕猴桃绕其形心旋转均值为35.78°,冷藏(4℃)32天的猕猴桃采摘力均值为8.23N,而冷藏(4℃)1天的猕猴桃采摘力平均值为4.91N,可见离层具有脆性受剪切力易断裂,同时离层易失水,失水后脆性降低导致采摘力增大。(2)多果采摘模型与多果采摘末端执行器设计方案的确定。本文结合猕猴桃果实簇状分布特征和离层脆性提出一种相向运动多果采摘模式。求解公式得出了果柄长度、果实长度、果柄旋转角度和果实旋转角度的数学关系,建立多果采摘模型。提出了三种设计方案,经过9个指标的对比分析确定方案三(排状果实空间旋转式)为最优方案。(3)多果采摘末端执行器机械结构与控制系统设计。多果采摘末端执行器主要由斜曲面推板机构、摆动凸轮机构、分流落果装置和控制系统组成,基于ANSYS Workbench14.5对斜曲面推板和摆动凸轮进行静力分析,对装配体进行动力学分析。采用3D打印技术加工研制样机。为实现猕猴桃无损采摘,控制系统采用频率为72MHz的STM32F103ZET6处理器进行PWM精确控制,并融合FSR402压力传感器、霍尔传感器、GP2A25传感器和限位开关的传感器系统。(4)多果采摘末端执行器采摘验证试验的研究。旨在为验证多果采摘末端执行器的采摘适应能力,前期在农机实验室搭建猕猴桃棚架采摘环境进行试验,发现果实脱落问题,设置分流落果装置,后期前往眉县猕猴桃试验站进行实地采摘试验。结果表明:共计采摘98个猕猴桃,多果采摘成功率为90.8%,早上、中午和晚上成功率分别为为92.9%、84.3%和95.8%,强烈太阳光对传感器系统稳定工作有影响,单果采摘平均耗时2.49s;本次眉县试验站采摘试验损伤率为12.36%,其中脱落猕猴桃损伤率为88.9%,滑落猕猴桃损伤率为3.75%,可见波纹滑落管可有效降低损伤率。