果园的大规模种植,带来了果园机械化的快速发展,在果园的日常种植管理中,果园除草是最重要的部分之一。在果园规模的增长以及劳动人口减少的背景下,发展果园除草机械,有利于减轻劳动强度以及提高生产种植效率。针对目前市场上果园除草机械使用场景大多数都是在行间工作,株间除草机械较少,大多由人工来完成株间除草作业。本文综合分析了国内外果园除草机械方向的研究成果,提出将机械臂应用于果园株间除草领域,设计一种果园株间除草机械臂,并且完成了机械臂的轨迹规划和轨迹跟踪控制的研究。论文的主要研究内容如下:（1）果园株间除草机械臂的设计。根据果园株间除草的作业要求,确定机械臂的主要设计指标,并在此基础上确定机械臂的结构方案;采用D-H法建立机械臂运动学模型,采用蒙特卡洛法分析其运动工作空间;基于灵活性指标-可操作度,以可操作度最大为目标,采用遗传算法对各个杆件长度进行优化,逆运动学分析验证优化后杆件尺寸的合理性。（2）机械臂的轨迹规划。按照机械臂工作空间上的不同,分别研究了关节空间下的三次和五次多项式插值法,以及笛卡尔空间下的圆弧和直线插补法;针对本文除草机械臂的实际作业情况,结合逆运动学分析,采用分段多次项插值的方法,实现机械臂的平稳运行,完成机械臂在关节空间下的轨迹规划。（3）机械臂系统动力学模型的建立。对除草机械臂进行动力学分析,采用拉格朗日法建立除草机械臂的系统动力学模型。（4）机械臂轨迹跟踪算法的研究。使用PID算法控制,在此基础上,引入模糊PID控制,对模糊PID的模糊规则和隶属函数以及解模糊的方式等进行设计;同时为了提高系统的轨迹跟踪性能,提出使用遗传算法对模糊规则以及隶属函数进行优化,在Matlab中迭代计算出最优的模糊规则和隶属函数,完成机械臂模糊PID控制器的设计。仿真对比各个控制方式的控制效果,以规划的轨迹作为理想输入,对比三种不同控制方式的轨迹跟踪精度,验证所设计的模糊PID控制系统具有控制的有效性和轨迹跟踪的精确性。