轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot,WMR)属于非完整(Non-holonomic)控制系统,是典型的强非线性系统。在实践中,移动机器人需要在有障碍物的环境中面向目标的自主运动(称为导航),从而希望机器人能够避障。因此,研究在障碍物环境下的非完整移动机器人运动具有很强的理论和实际意义。本论文从系统的非完整约束、避障和镇定三个方面展开深入研究,主要进行了如下三个方面的研究工作:第一,从轮式机器人的机构特点分析,归纳了四种常用的移动机器人数学模型:运动学模型,动力学模型,与李括号相关的运动学模型和线性化的运动学模型。第二,静态确定性环境下障碍物的描述。在存在墙型和圆形障碍物的二维空间中,采用高等数学建立的导航函数(Navigation Function)方法,得到导航函数具体形式。这种导航函数在空间中只存在一个局部最小点同时也是全局最小点,解决了人工势场法中局部最小点的问题。第三,在障碍物环境下,设计能使非完整轮式移动机器人避障运动的镇定控制器。其中,在第四章中通过具有李亚普诺夫函数特性的导航函数,构造适用于WMR运动学模型的渐近镇定控制器。然后,借鉴反步法的思想,将CLF(Control Lyapunov Function)与反步法结合,在适用于WMR的运动学模型的渐近镇定控制律的基础上,设计适用于动力学模型的避障镇定控制器。在第五章中针对WMR运动学模型的线性化模型,使用MPC(Model Predictive Control)方法利用了不断变化的系统信息及各种约束信息来在线优化控制器。经过仿真验证,这两种的方法能够使WMR在障碍物环境下实现从初始位姿出发,避开障碍物运动到原点。第一种方法以力矩为控制量能直接在实际系统中应用。第二种方法利用了MPC滚动优化的优点,取得了较好的控制效果。