● 摘要
导航技术是移动机器人学的核心内容，是机器人实现完全自主化的关键。导航是指移动机器人通过各种内外传感器感知周围的环境并建立适当的环境模型，并根据环境模型自主地完成从初始位置到目标位置的移动。一个完整的导航系统可以分为以下四个模块：运动控制，机器人必须能够根据期望的轨迹推导出合适的执行器输出；感知，机器人需要通过传感器获取外部信息，并提取有意义的数据；定位，机器人需要具备确定自身在环境中的位置的能力；规划，机器人需要决定如何移动来达到目标。
本文中以一种安防服务机器人的设计为背景，系统详细的研究了移动机器人导航的各问题，具体分为以下几个方面：
1. 机器人运动学分析与运动控制器设计。首先分析了安防服务机器人总体情况与技术参数。然后分析底盘配置及各轮的对底盘施加的约束，建立机器人的运动学模型。针对底盘存在非完整约束以及其轮轴中心和几何中心不重合的情况，研究了其运动学的镇定控制问题。分别设计了PD控制器和点镇定控制器，并将这两个控制器融合得到机器人的运动控制器。最后，通过导航中的一种典型情况——过门控制验证控制器的有效性。
2.基于Kinect完成了室内典型特征——门的识别。通过分析门在深度图像中的特点，设计了一种识别率高的门识别算法。
3. 路径规划器原理研究与设计。首先建立机器人及障碍物的数学模型；针对以往路径规划算法的不足，设计了路径规划的评价函数；分析了规划时所需要满足的约束。分析了粒子群算法并给出其约束处理机制；最后基于粒子群算法设计了路径规划算法的具体实现。
4. 对机器人的自动充电系统进行了研究。通过安装在充电站上的激光发射器和机器人上的摄像头组成自主充电系统；研究了基于激光点捕获的定位原理；针对室内存在大量光源干扰的情况，通过保持激光一定频率的闪烁和新颖的算法完成激光点的获取；另外对机器人靠近充电站时的近程对接策略做了研究。
最后，总结全文所做工作，并根据现阶段工作的不足对后续工作做出了展望。