移动机器人是机器人学的一个重要分支,一个完整的移动机器人系统通常由移动机构、感知系统和控制系统三个部分组成.该文围绕移动机器人感知系统和控制系统两大方面,对非结构环境下轮式移动机器人体系结构、传感器信号处理与融合、运动控制、定位与避障等问题进行了研究.该文首先对移动机器人的历史和发展趋势、移动机器人体系结构和运动控制等进行了综述,同时介绍了该文的选题背景、主要研究内容和研究意义.其次,分析了移动机器人水平型体系结构和垂直型体系结构的特点及其所适应的范围,提出了将水平型体系结构和垂直型体系结构结合起来的基于多DSP并行处理的混合型体系结构,结合我们研制的移动机器人CASIA-I给出了该混合型体系结构的软、硬件实现和系统通信网络构成.第三,提出了一种采用多DSP和CAN总线来控制和处理移动机器人各类传感器的方法,给出了移动机器人CASIA-I红外、超声和接近传感器信号处理的原理和具体实现.对于各类传感器的处理结果,采用D-S证据理论进行了融合.第四,采用自适应模糊PID控制方法实现了移动机器人CASIA-I的底层伺服控制.在分析差动轮式移动机器人运动学的基础上,将移动机器人的运动轨迹分解为直线、施转和圆弧三种情况,分别进行了运动学分析;作为逆运动学求解的一个例子,给出了机器人实现半径为r的圆弧运动时左右轮所需的速度和速度差,采用DSP汇编语言实现了对移动机器人CASIA-I的运动控制.第五,分析了基于光电码盘的差动轮式移动机器人定位原理,推导出了移动机器人CASIA-I直线、旋转和圆弧运动的定位公式,给出了移动机器人CASIA-I定位系统的具体构成,研究了采用光电码盘实现移动机器人CASIA-I坐标定位和方向定位的方法.针对移动机器人码盘定位的误差累积问题,提出了将基于码盘的定位方法和基于CCD视觉的定位方法相结合的移动机器人CASIA-I自定位方法.第六,针对全局环境未知、且存在动、静态障碍物的情况,提出了基于红外和接近两层传感器的动态避障算法,实现了移动机器人CASIA-I的避障功能.最后,该文对所取得的研究成果进行了总结,并指出需继续开展的工作.