拖挂机器人是一种由牵引车和挂车组成的模块化多体机器人,具有载货量大、机构灵活、节数可变等优势,因而广泛应用于行李运输、物料传送、军事侦察等方面。但是,在实际的场景中,拖挂机器人不可避免地受到周围障碍物的影响。据此,本文致力于解决拖挂机器人的避障问题,提高对多种环境的适应性。具体内容如下:首先,建立拖挂机器人的高精度数学模型,为后续设计控制器奠定基础。拖挂机器人是一类特殊的多体机械系统,鉴于牵引车和挂车之间的连接结构,在前进和后退时具有不同的运动机理。因此,需要分别针对这两种工况推导运动学模型。随后基于Euler-Lagrange定理完成系统的动力学建模。其次,提出基于多项式理论的避障控制策略,实现拖挂机器人在障碍物较少的道路环境下的动态协调避障。出于对安全性、舒适性和交通效率的考量,采用五次多项式函数规划出两种类型的避障轨迹。另外,由于碰撞风险与避障时间和避障距离高度相关,因此设计成本函数对这两个指标进行优化。随后基于模型预测控制设计位姿控制器,以实现对避障轨迹的精准跟踪。再次,考虑到在复杂的多障碍物环境中,仅仅依靠单一形式的轨迹,无法获得满意的避障效果。因此,引入人工势场算法进一步提升拖挂机器人的避障能力。针对传统人工势场存在的目标点不可达和局部极小值问题提出解决方案,改善算法的规划效果。另外,由于第三章所使用的模型预测控制算法计算量非常大,侧重于理论探索,但是在实际应用中还具有较大难度。因此又基于线性二次型调节器设计了轨迹跟踪控制器。最后,通过在引力势场函数和斥力势场函数中同时加入拖挂机器人与目标点、障碍物的速度向量差因子,实现动静障碍物混合的复杂环境下的拖挂机器人避障控制。另外,鉴于行驶环境的多变性,无形之中对控制精度的要求就更高,因此本章节设计了双闭环的控制策略,实现位姿/力的协同控制,进而显著提高系统的鲁棒性。编写S-Function,搭建Simulink模型,在Matlab环境下进行软件仿真和参数调试,仿真结果验证了所提出的避障控制方法的有效性。本文的科研成果能够显著提高拖挂机器人的避障能力,还可以为铰接车辆的研究提供理论基础和借鉴意义。