在成串果实的机器人采摘中,快速作业可能引起悬挂果穗的振荡进而导致果粒的脱落。因此,为实现机器人串果高速采摘作业中引起的“减振低脱”目标,本文以葡萄为研究对象,首先对现有末端执行器进行了优化设计,并通过夹剪试验证明了优化的效果可满足要求;同时提出了一种面向穗轴激励输入的果穗仿真模型。最终,在两者研究的基础上,进一步建立了末端执行器与刚柔耦合串果模型的联合动力学仿真,并基于不同偏差程度对激励速率与脱落率关系进行了探究。主要研究工作如下:(1)葡萄果穗物理特性及力学特性研究。首先提出了“挠性杆-黏弹铰链-刚性杆-质量球”复合果穗模型,进而由试验确定了多级梗间铰链弹性系数与阻尼系数、果粒尺寸与质量的正态分布规律,获得了主穗轴的抗弯特性,并对柄-果连接强度进行了统计。(2)末端执行器设计及试验。基于葡萄主穗轴作业对象,对现有末端执行器进行夹剪受力分析,发现现有机构存在夹剪力不足的问题。进而从传动结构、指端夹剪机构进行了优化设计;并利用ADAMS软件进行了机构的运动学、动力学仿真分析,证明了优化后机构的合理有效性;最终,通过对优化前、后的执行器进行夹剪对比试验,进一步证明了优化机构效果良好,满足高速作业要求。(3)串果果穗刚柔耦合振动模型建立与分析。由果穗物理特性及力学特性研究、激光3D扫描技术、基于正态分布特征的多个果粒与梗间铰链的随机化添加,构建得到具备组元个体差异性的刚柔耦合果穗振动仿真模型。并利用高速摄影机观测到不同阶段仿真与实测的果穗各果粒摆角均值、标准差相差均在2%和6.6%以内,证明模型合理有效。(4)末端执行器、复合果穗联合建模与偏差采摘分析。为探究取果阶段夹、剪激励对果穗振动和脱落影响的规律,进行剪切与夹持主穗轴截段耦合,以此建立了夹-剪复合刚柔果穗振动模型,并实现了末端执行器机电系统与果穗生物对象联合仿真建模。基于该联合仿真模型,首先进行了偏差激励分析,最终进行了不同偏差程度下的仿真试验,结果表明:采摘过程中偏差对振动脱落存在显著影响,因此得到通过降低偏差程度来减少振动脱落是可行的(在轻微偏差程度下若采摘用时为0.57s时,脱落率不超过0.95%)。综上,本文在对末端执行器优化设计以及果穗振动耦合模型建立的基础上,探究了果穗机器采摘的振动与脱落规律。并且,本文对葡萄对象的研究思路,也可为其他串果的振动收获、移送、储运等领域研究提供重要思路与借鉴方法。