装车卸车移动机器人替代人工装卸货物,实现该作业的自动化,改变主要由人工完成该作业的状况,具有广阔的应用前景。运动控制是装车卸车移动机器人的核心功能之一,本文主要研究其轨迹跟踪算法,并设计其自主导航系统。主要工作和结论如下:根据机器人系统的需求和现有硬件技术条件,设计了基于Ether CAT总线的硬件控制方案。使用UML建模语言对移动功能模块进行建模,基于ros-navigation导航框架,搭建基于2D激光雷达的自主导航框架,并使用统一过程,对软件系统进行开发。基于运动学和坐标系变换理论,建立了四轮麦克纳姆轮速度运动学和位置运动学模型。基于拉格朗日理论,建立机器人动力学模型。提出了DWA+PID轨迹跟踪算法,以降低处理器资源消耗和达到高精度的控制需求。设计了DWA算法的动态空间、算法代价函数和增量式PID,其中算法代价函数实现线速度控制,增量式PID实现角速度控制。MATLAB在线仿真表明算法耗时是纯DWA算法的三分之一,并能满足跟踪精度要求。设计了非线性MPC、绝对式和增量式MPC轨迹跟踪算法以解决DWA算法非理论最优控制问题。为降低算法耗时问题,引入增量式PID对控制量中的角速度进行控制,并使用MATLAB对直线与圆轨迹进行离线仿真,结果显示该算法满足控制要求。从控制精度,可行性,算法耗时综合考量,选取非线性MPC进行机器人控制,其算法耗时是纯MPC算法的二分之一。本文建立了机器人自主导航硬件,并设计了配套软件系统,并在实际装卸货场景下进行轨迹跟踪作业仿真与实验。实验结果表明,纵向位置满足≤45mm精度要求,系统耗时满足指标:<0.5s,证明了本文的两种轨迹跟踪算法能较好满足在运动学约束下实现高精度与低时耗控制需求。