履带式移动机器人由于接地压强小、附着力大、越障能力强等优点已经成为军用机器人的首选,小型履带式遥控机器人质量轻、便于携带,通常用于城市街巷、建筑物内等复杂作战环境。为了解决机器人丢失遥控信号后失控的问题,人们加大了自主军用机器人的研发力度,但由于机器人作战环境的未知性、动态性,在目前相关技术水平下,实现全自主导航难度较大,因此遥自主导航控制方式在未来相当长的时期内仍占有重要地位。伴随传感器技术和计算机技术的发展,自主导航技术日臻完善,但是由于小型移动平台体积小、供电能力有限,在传感器选型和控制器运算能力等方面都受到限制,因此小型移动机器人的自主导航仍存在许多亟待解决的难题。本文结合总装“十二五”预研项目,针对机器人遥控信号丢失后自主返航至可遥控区域的需求,研究小型履带式移动机器人遥自主导航控制技术,主要包括以下研究工作:针对履带式移动机器人的移动方式进行受力分析,根据牛顿欧拉方程建立动力学模型,确定机器人转向阻力与电机驱动力之间的关系。为了直观地分析履带式移动机器人的动态性能,在动力学分析的基础上,建立履带式移动机器人虚拟样机。通过虚拟样机仿真对机器人动态特性进行预测,从而为遥自主导航控制的底层控制系统设计及硬件设备选型提供指导。设计了小型履带式移动机器人遥自主导航控制系统,解决遥控信号中断后机器人如何自主返航的问题。由于小型移动机器人受自身条件的限制,合理选择了传感器及驱动设备,建立了感知、定位和控制模块相结合的结构体系。将控制系统分为上层决策控制和底层电机控制两部分,并采用自下而上的方法对这两部分进行研究。为了解决机器人遥自主导航过程中定位的问题,针对履带滑移所引起的非系统定位误差,在运动学模型中引入可以描述滑移效应的系数,建立了滑移运动学模型。滑移系数的时变性导致滑移运动学模型在定位及控制中无法直接使用,因此提出了一种滑移运动学参数辨识方法。通过离线试验测量的方法获得机器人在同一路面、不同速度下的滑移系数,并建立模糊规则库,设计模糊控制器,将其应用到移动机器人航迹推算及运动控制中,在线获得不同前进速度和旋转速度下的滑移系数,实时修正运动学模型。针对模糊控制器自学习、自适应能力差的缺点,加入惯性导航单元,将里程计与惯导数据进行融合,进一步提高定位精度。为了验证滑移运动学模型的定位精度,提出基于路标的全局定位方法,利用激光雷达的扫描数据以及机器人与路标之间的几何关系确定机器人运动轨迹。针对机器人自主导航过程路径规划问题,提出启发式搜索路径规划方法,设计机器人安全性最高和效率最高两种搜索准则,通过求解评价函数f的最大值和最小值来确定机器人的行驶路径。为了实现机器人准确跟踪路径规划提供的目标序列点,提出基于螺旋理论的矢量跟踪方法,考虑履带式移动机器人的机械约束以及控制器的运算能力,设计了基于行为判断的路径跟踪控制算法,该算法可执行性高,满足小型移动平台控制的实时性要求。考虑到移动机器人在运动过程中可能遇到障碍物的情况,采用基于激光雷达探测的自主避障方法提高跟踪控制系统的可靠性。为验证本文所提出遥自主导航控制方案,选用sb RIO 9626作为上层控制器,使用Labviwe编写包括遥自主模式判别、遥控模式下局部环境信息处理、基于滑移运动学模型的航迹推算定位算法、路径跟踪控制算法及自主避障算法在内的控制程序,并在样机上进行了试验验证。试验结果表明本文所设计的遥自主控制方案可行,满足系统响应快、实时性高的要求。