移动机器人系统是一类能够通过传感系统感知自身状态和环境状态,实现在复杂环境中面向目标的自主移动,从而完成特定作业功能的机器人系统。移动机器人导航技术是将移动机器人从起点引导到目的地的技术和方法。根据实际的工作环境,移动机器人有时需要利用多种导航技术进行组合导航来完成复杂环境下的导航任务。利用各导航技术性能上的互补性,将两种或两种以上的导航技术通过合理的融合方法组合在一起而构成组合导航系统,可以获得更高的导航性能。惯性导航系统(INS)是一种完全自主的导航方式,不需要接收外来信息也不向外辐射任何信息,短期精度和稳定性好,但是导航精度随时间而发散。全球定位系统(GPS)是一种三维实时卫星定位系统,导航定位具有全球性和高精度,且误差不随时间积累,但是信号容易受到干扰。惯性导航(INS)和全球定位系统(GPS)在导航原理、误差特性和输出特性上均有很好的互补性,所以本文基于实际的移动机器人工作环境,针对工作环境中存在GPS信号干扰和机器人自身抖动的问题,设计移动机器人GPS/INS组合导航系统。本文介绍了移动机器人相关坐标系的定义和关系,建立移动机器人捷联惯导运动模型和对应的误差模型,并设计GPS干扰信息修正方案。研究卡尔曼滤波算法,分析扩展卡尔曼和无迹卡尔曼的原理和特性,构建描述移动机器人系统动态特性的状态方程和描述量测的量测方程,分析量测噪声特性,并消除量测信息中的干扰信息,保证量测信息的可靠性。设计组合导航系统的卡尔曼滤波器,模拟运动轨迹并根据提取到的模拟信息对移动机器人组合导航系统进行仿真研究,验证导航系统的有效性。以DSP为核心,设计移动机器人组合导航系统硬件平台和软件系统。利用惯性测量单元ADIS16375、GPS接收器和DSP开发板以及稳压电源、编译器和PC端构成组合导航系统硬件平台。基于DSP的嵌入式开发过程,利用C语言设计组合导航软件系统,包含数据采集、预处理、导航解算和输出结果到用户界面等软件功能模块。然后采用所设计的组合导航系统进行实验,验证组合导航系统的有效性和工程应用价值。