随着机场安全要求的不断提高与机器人技术的发展,利用巡检机器人代替人工巡检,能够提高巡检效率,实现机场的警情预报,逐渐成为机场智能化发展的趋势。本文针对机场的巡检需求,设计开发了一种机场巡检机器人控制系统,主要完成了以下工作:1、深入分析了机场巡检机器人控制系统的功能需求,基于已有机器人平台与需求分析设计了控制系统的软硬件架构,并完成了关键设备的选型。2、针对机场环境中存在部分开阔区域、较高建筑物和较多人流与车流等多种复杂特征共存的的问题,提出了融合双目视觉、IMU与RTK-GNSS的机器人定位方法以克服单一定位方法容易失效的缺陷。由于RTK-GNSS在遮挡严重时无法输出定位数据,本文首先在可变长滑窗内进行双目视觉与IMU数据紧耦合,得到持续不间断的位姿数据,并将其作为机器人位姿初始值,然后使用自适应卡尔曼滤波方法融合RTK-GNSS数据与机器人位姿初始值,以消除位姿初始值中的累积误差,得到精确的机器人位姿。3、针对飞机进港后人流涌入功能区对机器人运行速度影响较大的问题,建立了以巡检时间为权值的功能区拓扑地图,并根据机器人开始巡检时间与旅客在功能区滞留时段更新拓扑图权值。设计了以功能区内的独立区域为巡检单位的巡检模式,并将巡检区域简化成区域巡检点与辅助巡检点。使用Dijkstra算法计算两两巡检点间的时间最短巡检路径,然后利用改进蚁群算法规划出巡检点间的全局较优路径,并在蚁群算法中加入路径评价规则,解决了全局路径可能无法完全覆盖巡检区域的问题。4、为了减少已规划路径中直角转弯处机器人的运行时间,使用前轮转向后轮驱动的机器人控制方式。为了提高直角转弯处的可跟踪性,使用三次B样条曲线对已规划路径进行平滑处理。建立机场巡检机器人的运动学模型与运动误差模型,采用滑模控制方法进行机器人轨迹跟踪控制。设计了滑模切换函数,采用单幂次趋近率以减小系统抖振,并据此计算轨迹跟踪的控制律,进行机器人运动控制,实现较高精度的轨迹跟踪。5、基于机器人操作系统(ROS)完成了机器人本体软件与上位机软件的编程实现,并通过在济宁曲阜机场的实际测试,验证了机场巡检机器人控制系统的可靠性。