众所周知的轮式机器人一般有两个独立的驱动轮,因为这样的机器人只有两个运动自由度,所以只能做弧线运动或在某一地点自转,但是不能完成包括侧移在内的完整运动。为了克服这一缺陷,人们提出了全方位移动机器人。全方位机器人可以在不改变轮子方位的情况下朝任意方向运动,因为它在二维平面上具有三个运动自由度,这种能力使得全方位机器人具有非凡的运动特性,尤其适合在充斥着静态或动态障碍的场合,如:机器人足球赛场、仓库、医院、车间等。因此全方位移动机器人吸引了很多研究者的注意,并被广泛应用于机器人足球比赛。本文首先建立了三轮、四轮全方位移动机器人的运动学和动力学模型,基于运动学模型分析了全方位移动机器人在各个方向上的最大速度、最大加速度,并用矩阵理论研究了机器人的结构参数对全方位移动机器人控制灵敏度的影响。根据这些分析,本文的机器人设计为三轮全方位机器人,驱动轮之间的夹角为120°.本文的全方位移动机器人控制系统采用两层结构,通讯决策层由ARM9嵌入式开发板SBC2410X构成,负责与上位机通讯并完成控制决策;下层为电机控制驱动层,由三片电机专用控制芯片LM629组成。两层之间通过SBC2410X并口相连,完成控制参数和命令的读写,从而实现电机运转的精确控制。主控制程序在ARM Developer Suite开发平台上编写,并通过H-JTAG在线调试完成。本文还研究了全方位机器人的时间最优控制问题,基于极大值原理提出了一种简单实用的时间最优控制方法。由于不合理的假设了电机为纯比例环节,导致最优控制的路径跟踪能力很差。为了克服这一不足,本文建立了直流电机的动态模型,并用此模型代替原优化算法中不合理的假设,新方法大大提高了路径跟踪能力。文章最后验证了硬件设计的合理性和理论研究成果的有效性。