随着机器人技术研究快速发展的同时,履带式移动机器人作为移动机器人领域重要的内容,相关研究也越来越多。相对于轮式机器人,履带式移动机器人具有接触比压低,负载能力大,控制性能好等优点,被广泛应用于野外救援、户外勘探、特种运输等任务。设计一款集环境地图建模与路径规划导航且具有轨迹跟踪运动控制履带式移动机器人有重要的意义。ROS机器人操作系统作为一种新型的机器人开发工具,能够较好地实现机器人的快速开发,其特点是通用性高和可扩展性强,通过软件参数化机器人模型,能够提高代码的复用率。在此平台的基础上结合SLAM同步定位与地图生成技术、路径规划技术等实现机器人自主移动,极大地提高机器人的智能性。因此本文对ROS机器人操作系统下履带式移动机器人的系统设计与自主导航进行研究。本文的研究内容包括以下几个方面。针对履带式移动机器人的模块化设计和软件功能包复用的问题,搭建履带式移动机器人的基于ROS开发平台的总体设计框架,确定机器人的整体结构方案和运动控制方案,建立ROS平台下履带式移动机器人的整体导航架构。针对履带式移动机器人的运动控制问题,建立履带机器人的运动学和动力学模型,分析运动过程中的轨迹跟踪误差,并综合前馈和反馈复合控制,设计机器人的运动控制器,对机器人运动曲线跟踪进行仿真实验,验证控制器设计的有效性。针对传统A*全局路径规划算法的搜索邻域限制,对邻域搜索空间进行扩展改进,通过实验仿真寻求在路径长度和时间尺度条件下的最优扩展邻域;同时针对履带式移动机器人的运动特点,重新设计A*算法的评价函数,减小路径转折点,增加履带式移动机器人运动的平滑性。结合DWA算法,与改进的A*算法进行融合进行动态路径规划。针对机器人快速开发的要求,在Gazebo和Rviz环境下建立基于ROS导航栈架构的履带式移动机器人物理系统模型,仿真机器人的环境建图与自主导航功能。设计实验验证改进路径规划算法,完成基于ROS设计的履带式移动机器人路径规划与自主导航。