作为机器人领域应用最为广泛的基础平台,Robot Operating System(机器人操作系统,以下简称ROS)为用户提供了大量开发工具,使开发者可以方便地进行机器人研发。在自主导航方面,ROS提供了自主导航所需要的底层算法,满足了基本的导航需求。但由于ROS提供的导航模块主要针对圆形机器人设计,没有充分考虑机械机构的不同对导航性能的影响,导致部分功能在应用于常见的前轮驱动等结构的机器人时效果不佳。另外ROS导航模块虽然满足了自主导航的基本需求,但在实际应用中,尤其是室外环境下仍存在导航路径不可靠、行驶过程不规范等诸多问题,严重影响自主导航机器人在实际应用中的导航效果。鉴于上述问题,本文以最常见的四轮前驱机器人为例,基于ROS当前的导航算法进行优化,实现兼容多种机械结构的导航算法,以解决某些结构的机器人导航效果不佳的问题,从而摆脱软件层面对机器人机械结构的限制。同时结合在实际应用中的几种避障困难的情况,完善避障逻辑,并从合理化、规范化的角度对室外环境下的路径规划过程进行优化。本文在研究过程中首先确定了导航模块机械结构兼容性问题的根源,对代价地图各个层级的作用进行了详细地探讨,为提高机械结构兼容性提出了一种代价地图改进方法,并在此基础上对局部路径规划算法进行了兼容性优化;针对实际应用中发现的两个问题提出解决方案,一是添加了后方的速度采样保证安全性,二是完善了应对紧急障碍物的避障逻辑;针对全局路径合理性问题,提出了一种完整的检验方法;针对室外环境行驶不规范问题,提出了规范化解决方案,分别对直行状态和路口转向状态进行了相应处理。本文为了验证各个改进优化方案的可用性,设计并实现了一个四轮前驱自主导航机器人、一个六轮自主导航机器人进行对比测试,同时针对前者在室外环境中的导航性能、规范化进行了大量测试,最终验证了本文针对诸多问题提出的解决方案的可用性,基本实现了机械结构的兼容性及行驶过程的规范化,最终效果符合预期。