随着现代农业可持续发展理念的深化,人们的环保意识和农作物绿色有机意识日渐提高,无农药的有机栽培水稻越发受到青睐,该类水稻种植面积逐年扩大。相比其他除草方法,采用机器人除草作业更有利于农业的可持续发展。踩踏式除草是有机水田除草的有效方式,其除草过程的分析与评价是机器人设计的重要依据,由于田间除草试验季节性强、成本高、周期长,通过仿真建模,模拟机器人的除草过程并分析除草性能,具有周期短、变化灵活等显著优势,因此,本研究具有重要的意义。本文在分析国内外除草过程仿真建模与性能评价的研究现状的基础上,基于ANSYS/LS-DYNA的SPH算法,建立了踩踏式除草机器人踩踏组件与土壤、水层之间的多相流耦合模型,分析了机器人踩踏除草过程中,踩踏组件、水层、泥层之间的动态变化关系;基于踩踏式除草机理,分析了影响除草性能的因素,提出了基于仿真模型的指标提取方法和除草性能的综合评价方法;基于仿真和田间试验,讨论了机器人运动因素、结构因素和水田环境因素对除草性能的影响,并通过对比试验证明了仿真模型的可行性和提出方法的有效性。在此基础上,设计了正交试验,进一步分析了各因素对除草性能的综合影响。研究和试验结果表明:基于ANSYS/LS-DYNA的SPH算法建立的机器人与土壤、水层之间的多相流耦合模型,可以很好地描述踩踏式除草的动态过程;提出的踩踏性能指标和综合评价函数的试验值和仿真值基本吻合,证明了建立模型的正确性和评价方法的可靠性;机器人运动速度、履带倾角、履带组块形状和间隙、土壤表面形状、下陷量以及水层厚度影响机器人的除草性能,合理匹配工作参数,可以提高除草性能。