地面機器人系統通常用于人工介入成本過高、危險過大或者效率過低的任務。在許多情況下，機器人必須能夠自主工作，利用導航系統來監視并控制它從一個位置移到另一個位置。管理位置和運動時的精度是實現有用、可靠的自主工作的關鍵。

MEMS（微機電系統）陀螺儀可提供反饋檢測機制，對優化導航系統性能非常有用。圖1所示的Seekur機器人系統就是一個采用先進MEMS器件來改善導航性能的自主系統。

圖1：Adept MobileRobots （www.mobilerobots.com）開發的Seekur系統是一個采用先進MEMS傳感器的自主系統

機器人導航概述

機器人的移動通常是從管理機器人總體任務進度的中央處理器發出位置變化請求開始的。導航系統通過制定行程計劃或軌跡以開始執行位置變化請求。

行程計劃需考慮可用路徑、已知障礙位置、機器人能力及任何相關的任務目標。例如，對于醫院里的標本遞送機器人，遞送時間非常關鍵。行程計劃被饋入控制器，后者生成傳動和方向配置文件以便進行導航控制。這些配置文件可根據行程計劃執行動作和進程。該運動通常由若干檢測系統進行監控，各檢測系統均產生反饋信號；反饋控制器將信號組合并轉換成更新后的行程計劃和條件。

開發導航系統的關鍵步驟始于充分了解每種功能，尤其需要重視其工作目標和限制。各項功能通常都有一些明確界定且易于執行的因素，但也會提出一些需要加以處理的具有挑戰性的限制。某些情況下，這可能是一個反復試探的過程，即識別和處理限制的同時又會帶來新的優化機遇。

一般導航系統框圖

以Adept MobileRobots Seekur為例，它是一個自主機器人，具有四輪傳動系統，每個車輪均有獨立轉向和速度控制能力，可在任何水平方向靈活地移動平臺。它的慣性導航系統（INS）與圖2所示的系統相似。

正向控制

如圖2所示，正向控制是通過發出機器人本體命令來實現的。這些命令本質上是誤差信號，產生自軌跡規劃器提供的行程計劃與反饋檢測系統提供的行程進度更新信息之間的差異。

圖2：Seekur導航系統利用GPS、激光檢測和MEMS陀螺儀來獨立控制各個車輪

這些命令被饋入逆向運動學系統，后者將機器人本體命令轉換成每個車輪的轉向和速度配置文件。這些配置文件使用阿克曼轉向關系進行計算，整合了輪胎直徑、表面接觸面積、間距和其他重要幾何特性。

利用阿克曼轉向原理和關系，上述機器人平臺可創建以電子方式鏈接的轉向角度配置文件，類似于許多汽車轉向系統中使用的機械齒條-齒輪系統。由于這些關系是以遠程方式整合在一起的，不需要以機械方式鏈接車軸，因而有助于最大程度減小磨擦和輪胎滑移，減少輪胎磨損和能量損耗，實現簡單的機械鏈接無法完成的運動。