Influenciado por la madurez y las propiedades materiales, el maíz fresco tiene problemas, como baja tasa de recolección, alto consumo de energía y alta tasa de daño durante la cosecha mecanizada. Para los problemas mencionados, se diseñó un cabezal de recolección inversa biónica utilizando la morfología de post-maduración del maíz y el comportamiento de recolección manual como prototipos biónicos. Se llevaron a cabo análisis de modelo y diseño estructural de los componentes clave del cabezal, incluido el dispositivo de enrollado, el dispositivo de sujeción y el dispositivo de recolección. Basándose en el prototipo de cabezal diseñado, se realizaron pruebas de un solo factor y pruebas de Box Behnken para explorar los factores que afectan el rendimiento del cabezal de recolección. Los parámetros estructurales óptimos y los parámetros de trabajo fueron determinados mediante el método de superficie de respuesta. Los resultados mostraron que con el aumento de la velocidad del dispositivo de recolección de sujeción y la velocidad de alimentación del tallo, la tasa de recolección aumentaba primero y luego disminuía. La interacción entre la velocidad de alimentación y la posición del cortador tuvo el efecto más significativo en la tasa de recolección. El mecanismo único de recolección inversa y el dispositivo flexible del cabezal podían evitar colisiones y daños a las mazorcas de maíz. La tasa de recolección más alta se logró cuando la velocidad del dispositivo de recolección de sujeción era de 416.81 rpm, la velocidad de alimentación del tallo era de 1.13 m/s y la posición del cortador era de -5.45 cm.