移动机器人是智能化生产线和智能化物流仓储领域的关键组成部分之一,在生产、服务等领域得到越来越多的应用。相比于一般的自主导航任务,移动机器人在工作点处的停靠对精度有更高的要求。在复杂且动态变化的环境中要求达到毫米级的停靠精度,以满足工件对接等作业需求,这对移动机器人感知、定位和导航控制技术带了新的挑战。设计开发一种可靠、精确、易用的停靠系统,可以应用于移动机器人自主充电、移动机械臂抓取、自动导引车与传送带对接等应用场景,对于生产、物流领域的自动化、智能化变革具有重要意义。本文围绕移动机器人的停靠任务,针对复杂、动态场景中高精度定位和导航控制问题进行了研究。考虑移动机器人需在不同的环境中达到相同的定位与停靠精度,本文设计并实现了一种基于激光雷达和人工路标的停靠系统,主要包括人工路标设计、高精度局部定位方法和导航控制三个主要部分。本文的主要内容如下:1.对人工路标的定位精度进行了分析,定义了人工路标的定位精度指标,以此为基础提出一种人工路标形状设计方法。利用定位精度指标构造优化目标函数,用遗传算法求解优化问题,从而得到一定约束条件下定位精度最高的人工路标形状。另外,还在路标表面覆盖不同反射率的材料,构成可被激光雷达感知的路标编码信息。2.针对移动机器人在停靠点附近定位精度不足以满足精确停靠要求的问题,研究了基于人工路标的局部定位方法。利用已知的路标结构和编码信息从环境中提取出路标数据,采用本文提出的改进迭代最近邻(ICP)方法得到机器人在局部坐标系中的毫米级位姿测量,并将其与里程计信息进行信息融合提高定位算法的鲁棒性,得到机器人在局部坐标系中的准确的位姿估计。3.停靠过程的导航控制采用非连续状态反馈的控制方法,实现了对非完整系统的位姿镇定。基于ROS(Robot Operating System)软件环境,在真实移动机器人上实现了本文的停靠系统,并在仿真和真实室内环境中进行了测试和实验,验证了本文系统的有效性和停靠精度。综上,针对工业生产和物流仓储领域中移动机器人停靠任务的高精度需求,本文设计并实现了一个基于人工路标和激光雷达的停靠系统。该系统具有停靠重复精度高、路标位置无需准确标定、系统安装和使用灵活方便等特点。