嫁接是苗木繁殖培育的重要环节,同时嫁接是一种高强度、高精度的重复性作业。目前田间果树苗木嫁接主要依靠人工完成,工人劳动强度高,且嫁接成活率与工人作业熟练程度密切相关,因此实现果树苗木嫁接的机械化作业十分重要。同时由于土地利用率要求,培育苗木采用田间密集模式,田间嫁接面临工作空间受限、多轨迹变换且切削力大等问题。针对上述问题,设计了一种基于3-RPR机构的田间苗木嫁接破砧装置,并采用振动锯切方式实现振动减阻,具有一定的研究意义与应用前景。本文的主要研究内容如下:（1）通过对田间苗木嫁接实地考察,对破砧作业进行任务规划,确定采用改进型“劈接法”进行机械化嫁接作业;结合破砧作业所需自由度,基于螺旋理论建立破砧装置的基础运动螺旋系,并推导约束螺旋系,从而确定装置的基本构型。根据上述分析,进行破砧装置的整体结构设计,并进行模态分析,避免振动式锯切机高频振动与装置产生共振现象。（2）对破砧装置进行运动学分析,建立运动学逆解方程,并推导其雅可比矩阵表达形式,为破砧装置的运动控制与刚度分析提供理论基础。基于运动学逆解方程,结合田间破砧作业空间限制,确定破砧装置的结构参数,采用极限边界搜索法对装置的工作空间进行分析,并基于ADAMS虚拟样机仿真验证装置运动学逆解的正确性。（3）为保证嫁接成活率,要求破砧后的砧木削楔面平滑,因此装置在作业过程中需运动平稳;同时受限空间要求装置小型化、具有高效的力传递性能。针对上述性能要求,结合运动/力传递性能指标对装置关键结构参数进行优化。为实现嫁接时形成层对齐,需保证砧木切口的尺寸精度,要求装置具有良好的刚度性能,因此基于最小特征值法对装置优化前后的刚度性能进行对比分析。（4）基于参数优化结果,结合破砧农艺过程对装置进行运动轨迹规划。计算各轨迹点的坐标,进行插补算法设计,结合运动学逆解方程实现破砧装置的运动控制。在此基础上,进行控制系统硬件搭建、控制流程规划以及程序编写,完成控制系统设计并进行调试。（5）搭建样机试验平台,以苹果苗木为试验对象进行破砧试验。通过对不同生长情况的苗木进行样机试验,验证样机的可行性。对参数优化前后的装置进行破砧试验对比,通过破砧成功率验证装置的破砧作业能力。基于砧木切面平面度误差与切口夹角误差,对装置的破砧效果进行分析。试验结果表明,基于3-RPR机构的田间苗木嫁接破砧装置可完成受限空间内多轨迹破砧作业,为田间嫁接破砧装置的研发提供了参考。