近年来,随着人们生活水平的逐步提高,水果在整个食品消费结构中的比例不断增加,特别是作为四大水果之一的苹果。然而,由于日趋严重的老龄化问题以及工业化和城镇化的发展,农业劳动力逐渐向工业、服务业等方向转移,农业劳动力短缺问题日益加深。苹果采摘是苹果生产中耗时费力的环节之一,需投入相当多的劳动力,以智能机器人代替人工实现采摘自动化是解决问题的最有效途径,而目前我国农业的机械化、智能化水平较低,所以研制经济的、商品化的农业采摘机器人具有重要的战略意义。本课题旨在设计采摘机器人的核心部件—采摘机械臂,为整个采摘机器人的研制奠定基础,主要研究内容包括以下几个方面:(1)基于现代果树种植特点和传统工业关节型机械臂的缺点,设计了一套基于圆柱坐标的三自由度采摘机械臂,详细介绍了各运动轴的机构组成、传动方式以及参数的确定。(2)在creo2.0环境下对设计的采摘机械臂进行了建模。为验证设计的采摘机械臂的刚度、强度是否满足要求,运用ANSYS 14.0软件进行了结构静力学分析,通过ADAMS软件分析了运动轴的受力情况以及影响机械臂定位精度的滚珠丝杠的动力学性能。分析结果显示最大应力值为13. 23MPa,而最小应力值为30. 473Pa,应力最大值远小于材料的屈服极限235MPa,表明设计的采摘机械臂完全能承受40kg的末端负载,.用ADAMS模拟机械臂运动时,滚珠丝杠的最大受力为1200N,以及运动轴的受力情况都符合客观规律。(3)设计了基于CAN总线的上、下位机开放式控制系统,阐明了采摘机器人工作流程,基于C#编写了运动控制程序,创建了人机交互界面。为保证采摘机器人作业的安全性,从硬件和软件方面对采摘机械臂采取了保护措施。考虑整个采摘机器人布置的合理性,设计了机器人控制柜。(4)把单神经元PID自适应控制方法运用在关节控制上,在MATLAB/Simulink环境下进行了建模,仿真结果表明该控制方法能适应复杂的、非结构化的作业环境。之后对采摘机械臂进行了定位精度和运动耗时测量试验,结果表明采摘机械臂的定位误差为4.929mm,平均耗时为6.619s,相对传统的关节型机械臂,提高了定位精度,降低了运动耗时,且完全满足采摘要求。