随着智能机器的高速发展,移动机器人在农业的领域得到了大量的应用。而对于果园区域管理的智能机械化水平也在不断提高,但是园除草的工作主要依靠手持式和乘坐式的割草机完成。为了提高果园区域的除草工作的智能机械化水平,有效提高工作的效率,将人们从繁重的劳动中解放出来,本论文设计研究基于GPS与惯性导航系统的果园割草机器人,设计全覆盖路径规划策略和轨迹跟踪算法,实现在模拟果园环境中进行算法仿真实验。1)割草机器人控制系统与定位研究。对割草机器人的控制系统和定位系统进行设计,并搭建一套完整的硬件系统;采用CORS模式接受网络修正信号实现GPS的差分效果,对于GPS与IMU单独工作时定位效果不稳定情况,使用卡尔曼滤波器进行GPS、IMU和编码器多传感器融合滤波;使用割草机器人的定位功能进行果园边界和果树位置的识别,实现果园电子地图模型的建立。2)全覆盖路径规划算法研究。对主要的路径规划方法进行研究,结合果园区域环境限制,分析往复式算法的果园应用问题,提出果园区域全覆盖路径规划策略;分两种情况进行全区域覆盖,采用分区域和机械式避障的往复式路径规划方法实现果园区域的全区域覆盖遍历。3)轨迹跟踪算法研究。在已知目标路径的前提下,根据全覆盖路径的轨迹特征,分析纯跟踪算法存在的问题,针对轨迹跟踪过程中出现多预瞄点问题时采用序号参数进行预瞄点的选取;针对横向误差大一定范围时,提出引入几何面积参数的策略进行预瞄点选取,当横向偏差小于一定值时,前视距离转换成原始的前视距离,提高轨迹收敛的速度,并进行仿真验证。4)模拟果园环境的实验研究。采用第三章提出的全覆盖路径规划算法进行果园电子地图的路径规划,并根据果树的株距设计两种果园环境,与传统往复式路径规划方法相比,第一种情况区域化的往复式方法漏割率降低了2.1%,重复率减低了1.7%,第二种情况区域化的往复式方法漏割率降低2.5%,重复率降低2.47%;然后对提出的改进纯跟踪算法进行全覆盖路径跟踪仿真,并与传统纯跟踪算法进行仿真对比分析,结果显示,与传统纯跟踪算法相比,改进纯跟踪算法转角范围增宽了0.2rad,横向误差降低了0.063m,有效降低了跟踪误差。