中国是世界最大的煤炭生产与消费国家之一,也是煤矿瓦斯爆炸、涌水、着火等事故高发国家之一。研究一种代替或者部分代替搜救人员进入矿井灾害现场进行环境探测的设备,有利于矿井救援工作顺利展开,减少煤矿灾害造成的人员伤亡。课题来源于山西省科技攻关项目“煤矿井下探测机器人技术与系统研究”,本文所研究的运动控制是该项目的重要研究内容和关键技术,包括外界环境检测与建模、机器人运动越障、运动控制和路径规划等技术。针对煤矿井下存在甲烷、一氧化碳等多种可燃性气体,且路面状况较差的恶劣环境,研究了探测机器人控制系统。该系统采用上位嵌入式工控机与下位机DSP和CPLD相结合的方式。电路系统全部采用本安电路设计阻燃气体保护法防爆设计。本机器人外界环境检测采用声纳传感器、PSD传感器和视频采集相结合的多传感器特征层数据融合技术,首先将检测的数据进行去极值平均滤波,然后根据各个传感器的特点进行可信性融合,最终获得接近实际情况的环境检测数据。根据煤矿井下探测机器人的机构特点,建立了机器人的运动学方程,推导出在直行、转弯时两个履带的速度公式。提出了用于电机伺服控制的模糊自整定PID算法,使用Simulink软件对该算法进行仿真,并与常规PID算法和模糊控制算法进行仿真对比。分析了探测机器人的越障方法和能力,使用MATLAB仿真了探测机器人越障时质心的变化,并将仿真结果运用到实际越障中。路径规划的任务是在外界环境未知的情况下,寻找一条路程较短、能量消耗最少、安全避碰的路径。该探测机器人的路径规划原则是,当检测的阻碍物可以跨越时进行越障运动,当不可跨越时采用圆形滚动窗口扫描的“慎思——反应”混合控制路径规划。其中圆形滚动窗口分为三个区域,当阻碍物在紧急避障区域内,机器人快速响应变换运动方向以防止碰撞；当阻碍物在地图规划区域内,分两种情况路径规划,使得探测机器人能以最短距离沿着阻碍物边缘通过；当阻碍物在模糊规划区域内,由于传感器测量数据准确性较差,机器人只要沿着目标大概方向运动即可,接近阻碍物后再进行精确的地图规划。最后使用MATLAB仿真了该路径规划方法,仿真结果验证了本文算法的有效性。