【摘要】：番石榴采摘是其生产作业过程的重要环节,使用机器人采摘可以提高采摘效率、降低成本和改善劳动条件。末端执行器是采摘机器人重要执行部件,它对采摘效率和采摘损伤率都有很大的影响。同时,采摘机构的试验受收获季节、天气和场地等诸多因素限制,从而延长样机开发周期,而虚拟现实技术有助于解决这个问题。为研发番石榴采摘机器人,本文根据农艺采摘要求对其采摘末端执行器进行设计,构建番石榴采摘仿真平台并进行采摘仿真试验,测试末端执行器的采摘性能,为优化末端执行器的设计和后续的采摘机器人作业性能评估优化提供帮助。主要完成的研究工作有:1)番石榴采摘末端执行器设计研究。分析番石榴生长特性和及其采摘方式,提出了单动力源的夹剪一体的番石榴采摘末端执行器的设计方案,根据设计方案构建了夹持与剪切机构的力学模型,并对动力装置和传动机构及夹持与剪切机构进行了具体的设计计算分析。2)番石榴采摘虚拟环境与仿真平台构建。确定了采摘仿真平台的构架,利用Unity3D虚拟现实软件建立了番石榴虚拟环境模型,然后构建了三自由度的直角坐标型机器人与六自由度关节型机器人模型并建立了D-H数学模型描述其工作状态,采用上一章的设计方案构建了末端执行器仿真模型,在虚拟环境中对以上2种模型进行了功能配置,根据采摘作业行为推理规则建立了采摘机器人与番石榴果实的交互规则,建立了数学模型控制视角漫游,最后完成了番石榴采摘仿真平台的构建。3)番石榴采摘仿真试验研究。应用番石榴采摘仿真平台,分别进行了机器人和末端执行器仿真验证试验以及不同条件下的采摘仿真试验。验证试验表明机器人和末端执行器仿真模型符合实际作业情况,符合采摘仿真要求。仿真试验表明:当番石榴果实横向尺寸为60mm时,末端执行器出现夹持成功但剪切失败的状况;当其果梗为非垂直状态时,直角坐标机器人对果梗剪切失败;关节型采摘机器人的采摘成功率和避障能力高于直角坐标采摘机器人,但采摘效率低于直角坐标采摘机器人;直角坐标采摘机器人对采摘环境的适应性差,关节型采摘机器人可适用于多种采摘环境。