在开阔的农田环境下,农业机器人基于GNSS(Global Navigation Satellite System)的定位与导航方法已经被成功应用了多年。然而在果园环境下,由于果树树冠的遮挡,GNSS信号存在严重的干扰问题,因而果园作业机器人的定位与导航应该是谋求一种不依赖于GNSS的可靠方法。在室内移动机器人研究领域,不依赖于GNSS,基于地图的定位与导航方法被广泛研究,技术成熟。为此,本文以自主研制的农业移动机器人为实验平台,展开了果园环境几何特征地图与栅格地图两类地图的构建研究,以期后续果园作业机器人不依赖于GNSS,实现基于地图的定位与导航。本文的主要研究成果及结论如下:(1)针对果园环境往往存在较为规整的圆柱形树干的情况,本研究在激光雷达数据聚类、树干圆弧特征检测的基础之上,提取出了树干的中心点位置,在机器人初始位姿下构建出了一定作业空间的树干中心点特征地图,其属于一种几何特征地图。(2)利用所构建的树干中心点特征地图,提出了 一种基于树干中心点特征地图的定位方法。以水杉树场景、樱花树与枫树场景分别模拟树干粗大、树干较细的果园环境,完成了预定作业空间中树干中心点的提取,构建出了树干中心点特征地图,并利用该地图实现了机器人的行间定位,实时获取到了机器人运动过程中的行间定位位姿,很好地解决了里程计定位在果园环境应用面临的累积误差导致的定位不准确的问题。(3)为了解决果园作业机器人在地头的定位问题,提出了一种基于路标的地头定位方法,樱花树与枫树场景的实验结果表明了该方法的有效性。希望该方法的提出,对解决果园作业机器人地头定位、转向、导航等难点问题有所启发与借鉴。(4)针对立体视觉信息丰富但视野狭小,激光雷达检测范围大但数据稀疏的特点,在两者各自局部栅格建图的基础之上,提出了一种集成局部栅格地图构建方法。梨园场景的实验结果表明,该局部地图构建方法对两种传感器进行了优势互补,能更好地刻画果园环境的二维细节,提高了建图的可靠性。(5)进行了基于位姿的全局栅格地图构建研究。利用基于树干中心点特征地图定位实时获取的行间定位位姿,以及在各位姿下构建的局部栅格地图,将局部栅格地图实时转化到了全局栅格地图之中,直至机器人探索完预定的作业空间。樱花树与枫树场景的实验结果表明,该方法可以准确地描述出预定作业空间的树木二维分布情况。