● 摘要
近年来，网上购物订单数量的大幅增加，给仓储物流产业带来了巨大压力。鉴于移动机器人在仓储物流中的重要性，设计了机器人导航与控制系统，完成从程控电源系统、硬件电路设计到传感器数据采集与分析的实现，从运动控制律到组合导航算法的研究。
在程控电源系统设计过程中，首先分析了机器人导航与控制系统对电源系统的需求，提出了电源系统的总体设计方案，完成了大功率稳压电路、程控电压调节电路和抗负载干扰电路的设计与实现，解决了电源低功率、电压不可调和电压输出明显波动的难题；设计了控制算法，实现了电源输出电压稳定可调的程序控制。实现了基于单一供电电源、不同需求的大功率多电压电源控制和管理。
实现了完整的硬件系统功能。以STM32F103VET6为核心处理器，合理利用硬件资源，实现了驱动电机控制输出、光电编码器测速输入、超声波传感器测距输入、惯性传感器相对位姿测量和视觉传感器绝对位姿测量的输入等功能，有效解决了主控制器耐压和测量输入电压不兼容的问题，通过硬件系统调试，系统稳定性良好。
设计了机器人运动控制律。首先介绍了增量PID控制方法，在此基础上，实现了电机的闭环调速控制，设计了电机调速控制律，引入寻优函数，优化了控制律，提高了调速精度和快速性；采用差速控制的方法实现了机器人的转弯轨迹控制及跟踪设定轨迹的运动轨迹控制律设计；控制举升机构和回转机构的功能实现，设计了机器人功能动作的控制律。通过大量的实验验证，实验效果满足机器人的运动控制精度要求。
设计了有效的传感器数据分析与预处理方法和组合导航算法，实现了机器人的自主导航、定位功能。采用INS/DR/视觉组合导航的方式，用航位推算的方法，利用惯性解算获得机器人的相对航向，结合里程计信息获取机器人的运动轨迹，智能相机采集地标信息，作为机器人的绝对位置和航向，纠正航迹推算过程中的累积误差，提高组合导航的精度。
大量的实验证明，机器人跟踪规划的轨迹的精度较高、稳定性较高，系统导航与控制性能达到了预期设计的目标。