随着智能泊车、仓储物流等行业的兴起,移动机器人的市场占有率逐年升高。机器人的定位问题作为机器人性能的关键衡量指标也愈发重要,本文基于多年机器人竞赛的经验,立足于赛场上电磁环境复杂、运动状态多样化的特点,从机器人定位的实际应用角度出发,设计了一款定位实时性高、抗干扰能力强、精度高的平面定位模块。并在此基础上持续改进,着眼于定位精度与定位稳定性的逐步提升,力求推广至商用机器人与工业级机器人的复杂应用场合。本文从平面定位系统的硬件实现与软件算法实现两方面入手。系统的硬件主要包括供电模块设计、主控模块设计、惯性感知模块设计、正交编码里程计模块设计、RS232输出模块设计等。软件算法设计包括陀螺仪数据处理与位姿更新两部分。陀螺仪误差补偿算法的效果决定了姿态更新的准确性,所以本文针对陀螺仪较为典型的随机误差、零点漂移误差进行分析建模,采用了新息自适应卡尔曼滤波、基于最小二乘的一元一次线性补偿法和阈值处理法。针对在复杂环境中陀螺仪长时间运行而产生较大的零点漂移,本文设计了基于运行时特殊状态的识别与补偿方案,包括静止状态的识别与角速度补偿方法和震动状态的识别与抑制角度漂移的方法。对于姿态的更新计算,采用了四元数算法、二阶龙格库塔算法、欧拉角转换等方法实现了三轴姿态角的实时更新。对坐标推算而言,本文构建了载体坐标系与导航坐标系,将更新后的姿态角与正交从动轮里程计数据进行融合,并对融合过程中由于机械结构中从动轮非正交性引起的步进矢量误差,提出了辅助坐标系补偿法。在理论研究的基础之上,本文基于STM32F405硬件开发平台,完成了整套系统的软硬件设计与实现,并基于自主开发的专用测试平台完成了一系列定位系统性能测试。测试结果表明,平面定位系统具备良好的稳定性、实时性和定位精度。