我国是一个农业大国,但我国并非一个农业强国,这是众所周知的。从大国到强国的整体转变,可以说是路漫漫其修远兮,需要我们不懈地探索、努力。农业自动化、智慧农业将是未来我国农业的必然发展方向。在建设国民经济中,农业可谓起到中流砥柱的作用,它关乎国计民生,所以农业的改革乃历史之必然。一个高效、精准、绿色的现代化农业,方是人们幸福的根本。农田作业的一项重点工作就是除杂草,传统的除杂草方式为大面积喷洒农药,这样不仅会造成农药的浪费,而且也会导致农作物上和土壤中有大量的农药残留。本文针对这种现状,将设计一款智能除杂草机器人,实现定靶喷药,精准去除杂草,以减少不必要的农药浪费和污染。此外,在此除草机器人平台上应用视觉导航算法,以使该机器人能够适用于作业所需的不同场景,从而完成相应的导航任务,实现全自主、全自动化的工作。本文的研究主要从以下几个方面展开:首先,进行智能除草机器人的组装,这里采用两轮驱动的四轮小车作为机器人底盘,并对此进行合理的机械结构设计,以及后续硬件的布局与连接。之后进行底层驱动软件系统的设计,使机器人能够以上层传递的指定速度进行运动,并可以通过上层控制喷药嘴电磁阀的开闭,其中上层软件主要在ROS框架下,以便于消息的打包与传递。其次,本文对针对该平台的视觉导航算法进行研究,设计出一种可以使机器人沿着田地里农作物形成的轨迹进行行驶的视觉导航方法,主要思路是进行作物连通域的识别,并利用最小二乘法将连通域的质心拟合成直线,使机器人循垄行驶并完成除草作业。之后在实物平台上实现了边循迹边喷药的模拟作业,验证了其可行性。然后,考虑到后续研发中会加入机器人自动到充电桩进行充电的功能,所以当除草机器人作业结束后驶离农田,对机器人不在田地里的情景下,设计一种基于视觉SLAM的导航算法。本文对三种不同的视觉SLAM算法进行测试和比较,选择出最适合本机器人的传感器和SLAM算法进行建图,并根据实际情况对生成的三维地图进行优化与滤波,最终生成可靠的二维障碍地图用于后续的自主路径规划。最后,研究了全局路径规划算法A-star,比较了ROS框架下的两种局部路径规划算法,并对全局和局部算法进行了仿真验证。结合全局算法与局部算法,使除草机器人能够在全局路径最优的前提下,规避临时出现的静态障碍物,最终实现了基于A-star全局路径规划算法和TEB局部路径规划算法的组合路径规划方案,并通过仿真验证了上述组合路径规划方案的有效性。