随着计算机技术、传感技术和智能控制技术的发展和提高,移动机器人的性能不断完善,其应用范围和领域也随之扩大。移动机器人作为智能机器人的一个重要分支,受到了越来越多的重视和关注,特别是其核心定位与导航系统。本文以实验室开发的移动机器人为研究对象,以工程应用为目的,设计了一种用于整层大楼的定位与导航系统,包括移动机器人运动控制技术、路径规划与避障技术、组合定位技术。首先,依据移动机器人使用环境和工作过程对定位与导航系统进行了总体设计,包括伺服运动控制、路径规划与避障、组合定位、机器视觉。接着,选用主从式同步控制方式实现四轮全向驱动机器人的同步运动控制,对运动控制系统进行硬件选型和电路搭建,分析了移动机器人的直线行走和曲线行走运动模式,编写了相应的运动控制软件程序,设计了驱动电机的运动速度曲线。然后,选择合适的避障传感器,确定了避障和定位导航传感器的安装位置和连接搭建方法,通过超声波传感器来实现机器人在走廊上的避障,设计了机器人应用楼层的电子地图,通过基于电子地图的深度遍历搜索出起点至目标的最短路径。再设计了基于编码器和磁力计的相对定位和基于机器视觉的绝对定位及基于超声波传感器信息组合的绝对定位相结合的组合定位方法,通过编码器和磁力计采集数据,基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)算法确定了机器人的位姿,实现了机器人的相对定位,通过超声波测距和超声波避障传感器的组合信息结合电子地图确定机器人在走廊路口的绝对位置,通过图像识别确认目标门牌的绝对位置,详细设计了门牌的图像处理过程,基于KNN(K-Nearest Neighbor)算法实现了门牌数字识别。最后,进行了系统实验,包括运动模式和同步运动控制实验、路径规划和避障实验以及定位实验,分析了运动模式的实现和同步控制的精度、全局路径规划的实现和走廊避障的实现、绝对定位和相对定位的精度,验证了定位与导航系统的可行性。