在传统果园中,大型机械化除草虽能减少劳动力但其控制系统智能化程度较低,容易在作业过程中损伤果树。设计专有的除草机械智能化控制系统开发成本大、难度高。因此果园除草的机械自动化、智能化问题成为数字果园顺应新时代的发展方向。自动化控制系统是除草机械智能化程度的重要衡量指标,现有的自动化果园除草机械控制系统功耗较高、扩展开发能力弱、实时性能较低。本文针对此问题,结合我国山地果园的地形地貌特点,设计了一种以现场可编程门阵列（FPGA）为主控芯片的除草机器人。除草机器人搭载图像处理系统、除草系统、辅助导航系统与行进动力系统进行果园的垄间除草工作。本文以FPGA为控制核心,利用FPGA控制芯片的低功率消耗、扩展开发能力强、高实时性与并行处理能力等优势,将图像处理算法与传感器数据融合算法进行硬件移植,增加了除草机械的智能化程度也减少了开发成本与难度。本文利用视觉系统采集图像信息并且通过图像处理算法生成路径导航线,同时融合陀螺仪、激光测距仪传感器的数据控制除草机器人进行自主垄间导航作业。本文的研究内容具体如下:1)依据山地果园地形条件确定了除草机器人整机组成:轻型履带式行走底盘、电驱动力系统、FPGA主控器、视觉系统、陀螺仪与激光测距仪的多传感器导航系统,根据果园环境对传感器的位置进行了合理布置。2)完成硬件结构的搭建与功能配置。根据图像系统功能设计出相应的硬件结构,其中图像系统功能主要包括摄像头的数据读取功能、数据存储功能、图像数据处理功能。各个硬件结构的配置包括:OV5640摄像头的配置、存储器的配置、VGA显示功能配置。3)完成图像处理算法的硬件化移植。根据图像算法的处理流程,将图像算法分为底层、中层和顶层算法,对算法进行硬件化移植并且分别利用测试实验验证算法功能,其中包括底层图像预处理算法:原始彩色的图像与Y-Cb-Cr空间的转换,灰度图像的二值化与降噪;中层图像算法:特征区域的特征点提取;顶层算法:特征点的导航线拟合。4)完成除草机器人果园垄间自主导航作业功能。基于图像的导航线生成,融合陀螺仪与激光测距仪传感器数据,调整除草机器人的实时姿态,在果园垄间实地实验完成除草机器人果园垄间除草工作与实现针对果园垄间大型障碍物避障功能。果园实地实验表明,本文设计的除草机器人控制系统有较好的垄间图像处理能力,垄间直线行走的横向最大误差为0.03m,基本满足针对垄间的大型障碍物的避障功能。