随着科学技术的发展,机器人在农业种植、畜牧养殖方面的应用愈加广泛。如今为了提高畜牧业的生产效率,房舍集体饲养渐渐取代了以往的自然个体牧养,以奶牛为例如今主要饲养于集体牛舍中。虽然集体饲养极大的提高饲养效率,但滞留在牛舍地面上的污物成为奶牛和人类的潜在致病源,威胁人类的生命财产安全。为了适应多变的应用场景,机器人的导航控制技术显得尤为重要。本文以牛舍作为应用场景,以清扫机器人作为研究对象,基于磁钉导航技术进行清扫机器人导航控制系统的设计与研究,主要工作如下:首先,对牛舍清扫需求进行分析,分别对机器人移动平台结构和底盘结构进行分析,然后在机器人平台的基础上进行导航系统和控制系统的总体方案设计。其次,基于磁钉阵列对清扫机器人导航系统进行设计,首先对机器人进行系统建模,然后分别对密集磁钉阵列和稀疏磁钉阵列两种工作场景进行导航定位研究。其中重点研究稀疏磁钉阵列下的导航定位技术,在磁钉导航的基础上引入INS/OD组合导航和激光测距修正算法,从而实现清扫机器人在不同密度磁钉阵列下的精确导航定位。然后,在精确的导航定位基础上,基于磁钉阵列进行清扫机器人控制系统设计。通过模糊PID控制算法进行车轮转速的精准控制,同时引入模型预估的航向控制算法解决航向控制的周期性滞后问题。通过LQR和MPC算法进行清扫机器人轨迹跟踪控制,并进行方案对比与仿真验证。最后,基于上述导航算法及控制律策略,进行机器人实地作业验证,目前机器人已顺利投入市场使用。