我国是世界上苹果栽培面积最大的国家之一,种植面积多达66.7万公顷,产量占世界总产量的一半以上,是苹果出口、消费大国。近年来,果园除草机械发展迅速,但果园种植模式不断改变,国内果园专用型除草机械类型少,多为进口产品,价格昂贵,不能满足果农们对果园除草机的迫切需求,导致除草率低,影响果树生长及果品质量,同时也延缓了果园除草作业机械化的进程。针对于西北黄土高原苹果产区,进行实地调研,了解已有果园除草机械的功能与不足。根据调研数据及园艺要求设计一款果园避障除草机器人,实现能够在一定程度上帮助人们完成除草作业、减轻劳动强度、减少农药使用、保护果园生态环境及提升果园管理机械的自动化与智能化水平。关于新型果园避障除草机器人的研制,主要设计研究内容如下:(1)结合西北果园特点及园艺要求,确定整机尺寸大小,设计多功能果园避障除草机器人的总体结构方案,主要包括前置式除草装置、双侧避障机构、升降机构、转向机构、驱动装置、扶手机构等,运用Solidworks进行三维建模,完成整体装配,并进行干涉检查。(2)对除草机器人避障机构与升降机构进行理论计算,得到避障机构与升降机构各个电动推杆的安装参数。对整机的爬坡倾角与最小转弯半径进行计算确定,验证整机设计的通过性。基于ANSYS Workbench对除草机器人的除草装置进行有限元分析,得到除草避障装置振型图、固有频率与最大变形位置,最大应变位置为转向连杆中心处,变形量为0.43 mm、变形量最大位置应力为38.629 MPa。(3)基于动力学仿真软件ADAMS对该除草机器人避障机构进行运动仿真分析,得到在不同果园行株距下避障机构电动推杆的伸缩量及受力情况,以及得到避障刀盘质心的运动轨迹、速度以及加速度等。(4)对除草机器人的控制系统进行设计。在满足功能要求的前提下采用西门子S7-200smart系列ST30PLC,硬件部分设计包含检测电路、各电机驱动电路,电动推杆驱动电路等;软件部分进行PLC程序设计、触摸屏控制界面设计,并进行调试。通过完成上述研究内容,设计了一款体形较矮、重心较低、转弯半径较小、幅宽可调和拥有自动避障功能的多功能果园避障除草机器人,适用于传统果园种植模式及新型矮砧密植果园,实现果园自动化除草,提升除草效率。