我国是农业大国,农业是国民经济的基石,是社会稳定的重要保障,农业发展状况直接关系到国计民生。为推动更高效的农业生产,政府不断地出台支持政策,推动信息技术与农业全面深度融合,以加强农业机械信息化建设。针对农场作业环境,基于导航传感器自主移动机器人的作业平台具有工作效率高、人力成本低、承载能力强、定位准确、扩展性强等优点,已在农业生产中得到小规模应用。载体在农场环境下的自主移动作业能力很大程度取决于导航系统的定位精度,本文以移动机器人定位为切入点,利用惯性导航(INS)弥补GPS信号受到干扰失效时的导航问题,GPS定位误差不随时间发散修正惯性导航数据,采用GPS/INS组合导航模式,搭建移动机器人导航系统平台,通过理论分析和实验验证对定位误差开展了相关研究工作。以下为本文所做的工作和研究内容。(1)针对移动机器人的应用场景,选用具有悬架减震机构的四轮移动机器人平台。该平台以STM32嵌入式处理器为核心,利用差速驱动方式控制载体运动,在不同路面环境下开展实验,验证载体在减震和抗冲击能力上优于无独立悬架结构四轮移动机器人,所选用的移动机器人在搭载有惯性测量单元时,可以降低车身抖动造成的测量误差。(2)本文中的移动机器人采用GPS/INS组合导航方式,利用GPS和惯性导航之间的互补冗余关系,弥补单一导航模式下的不足。通过分析系统误差来源,建立误差模型,选用松融合的组合导航模式,对子导航系统输出信息进行组合反馈修正,建立组合导航系统动态特性的状态方程和量测方程。根据系统模型非线性特征,运用扩展卡尔曼滤波作为信息融合方式。通过加入误差噪声等误差信息,模拟载体的运动轨迹,根据仿真结果,验证了组合导航模式下的性能优于单一的导航模式。(3)基于微机电技术,选取了惯性测量单元、GPS接收机、嵌入式芯片,共同构成组合导航系统硬件平台;基于C语言框架,编写数据采集和处理、导航算法解算和监控界面设计等共同构成组合导航系统软件平台;成功地搭建了移动机器人导航平台。对搭建完成的移动机器人,在户外环境下进行功能测定实验,包括静态标定实验和动态地图构建实验;通过采集路径上的坐标值信息,生成导航电子地图,实现移动机器人在户外环境下的自主导航运动。实验结果表明,移动机器人能够按照电子地图中的预设路径进行移动,组合导航模式在实际应用中具有较高的定位精度。本文主要以移动机器人在室外环境下自主导航设计及导航误差分析为研究内容,为满足在室外环境下定位、导航和实验需要,完成了移动机器人样机和组合导航系统的搭建。组合导航实验结果表明,导航系统具有较高的定位精度,扩展了移动机器人在室外环境下的作业范围和能力;导航系统中数据处理和解算算法,将构成移动机器人底盘控制的关键技术。