底层运动控制,是全向移动机器人进行路径/轨迹规划与跟踪、避障等上层行为的基础,对全向移动平台的稳定运行与精确控制具有十分重要的意义。在RoboCup中型组机器人足球比赛中,全向移动机器人底层运动控制的性能,直接影响到了定点跑位、传接球等对于运动控制精度要求很高的动作的实现。本文借鉴了基于运动学模型的分层控制结构,提出了基于动力学模型的分层控制结构,既有利于系统模块化开发和上层控制算法的改进,又简化了全向移动机器人的动力学模型。NuBot足球机器人是本文研究全向移动机器人的底层运动控制的实验平台。其采用的四轮全向移动平台,四个全向轮均匀分布在底盘的中心圆上,呈十字分布。通过对其轮系结构的分析,本文建立了机器人在无滑动条件下的运动学模型。然后在此基础上,结合了全向轮系的分布和安装方式,建立了机器人在体坐标系下的动力学模型。最后,基于设计的实验与数据分析,对模型中无法直接测量的参数进行了辨识。NuBot足球机器人目前采用的是基于运动学模型的分层控制结构,底层运动控制器的输出是电机的转速,经驱动器(Elmo)来完成转速控制。由于在实际比赛中,机器人之间相互碰撞时造成电机堵转,容易触发Elmo的保护机制,自动断开电机供电。在高动态的比赛环境下,这个保护机制则会带来麻烦,使机器人失灵而被迫下场。本文设计了基于增益调度PID的速度控制器,控制器的输出是电机的驱动电流,能够避免此问题的发生,而且可以保证电机在全速度范围都有较好的速度跟踪性能。基于运动学模型的分层控制结构,不需考虑机器人具体的动力学特性,控制器设计相对容易,具有较好移植性,但有较大的系统时延。为了提高底层运动控制的实时性,同时避免电机转速控制器的繁杂的参数整定,本文基于机器人的动力学模型,提出了基于动力学模型的分层控制结构,既能有效消除时延,也能简化机器人的动力学模型。为了更好的解决四轮全向移动机器人容易出现的轮子打滑等问题,本文基于控制分配的思想,对电机的力矩进行了重分配,设计了闭环的速度跟踪控制器。实验结果验证了两种不同速度跟踪控制器方案的可行性,并且设计的速度跟踪控制器具有良好的动态性能和较小的跟踪误差。