本项目来源于对一款非完整约束移动机器人Turtlebot3-Waffle的实验平台开发需求,对导航系统的关键技术——路径规划算法进行研究。本文在设计路径规划算法的基础上,结合导航系统的技术方案,建立了一套完整的导航系统进行了实验验证。具有一定的实用价值和研究意义。路径规划算法主要面对环境不完全明确的室内场景,建立的导航系统基于激光雷达、单板计算机、控制卡和步进电机等硬件,实现导航任务,系统包括向已知目标点进发、避开障碍物、规划平滑轨迹、实时路径跟踪等功能。路径规划算法采用基于几何轨线的规划方法,使用五阶贝塞尔曲线来近似移动机器人运动学约束,考虑速度状态、运动学模型和非完整约束条件,并对路径结果进行速度优化,最后得出平滑路径曲线和离散时间控制输出流。轨迹跟踪方案基于多结构系统(VSS)的控制理论,采用积分滑模控制器的设计方法,将轨迹跟踪误差大幅降低,并在控制器中加入饱和函数构成准滑模控制器,有效降低控制输出的抖振现象。最后在ROS操作系统中使用Python语言对导航系统进行实现。经过虚拟环境验证和真实场景验证,表明所建立的导航方法稳定有效,可以完成室内情况下的基于单线激光雷达感知的导航任务。本项目所建立的导航系统及轮式移动机器人可以作为实验平台,用以支撑导航系统结构、规划算法以及运动控制内容的教学与实验研究。