我国的水果产量及种植面积均位于世界前列,水果经济在现代国民经济中的效益较为显著。然而国内果园机械自动化仅仅有很短的历史,且果园环境相比于大田环境而言表现的更为复杂,这种状况就导致生产管理过程中机械自动化程度发展缓慢,人工成本的投入逐年增大。因此,大力发展果园自动化、提高果园作业效率、降低人工成本迫在眉睫,开发具有定位和自动导航功能的果园作业机器人毫无疑问是一条理想的解决途径。本文试验平台采用自主研发的果园作业机器人,开展激光雷达和GPS结合的果园环境全局几何特征地图构建研究,包括地头转弯及基于单侧果树的定位研究,目的是实现果园作业机器人在全局果园环境下完成定位与自主导航功能。主要探究出以下成果:(1)机器人驶入密植果树行时,利用激光雷达传感器扫描果树几何特征,基于欧式距离的聚类算法对采集的数据进行聚集和分类,建立局部和全局坐标系,将局部坐标系下树干的中心坐标提取出,转换到GPS全局坐标系下,构建出果园全局环境几何特征地图,该地图用于后期的定位与导航,全局坐标系下果树的坐标位置可直观地获得。(2)根据建立的全局几何特征地图可确定果树行地头处的果树坐标值。为解决地头定位转向难题,提出通过对比机器人自身位姿与果树行地头处的果树坐标,提取出转弯半径大小,然后利用GPS监督、引导机器人自主转弯。(3)果园作业机器人在进入新的果树行之前,基于已存储在局部几何地图中的单侧树干坐标进行匹配校正自身位姿。采用VC++6.0编写人机交互程序,在校内类果园场景进行单侧果树的定位试验。试验结果表明机器人能够基于单侧树干校正自身位姿。