目前,随着我国人口老龄化的不断加深,独居老人的数量逐渐增多。另外,由于社会发展带来的人们工作节奏的加快,加班时间增多,导致年轻人陪伴老人或者在家活动的时间逐渐减少。因此,当家中只有老人独居或者家中长时间无人时,面对家庭环境中出现的一些安全隐患如煤气或者天然气泄露、家中起火、水龙头未关闭以及家中出现陌生人等而无法得到有效的检测,将会给家庭造成较大的损害。基于这样的一个应用场景,本课题设计了一款用于家庭环境中进行多点巡航检测的服务型机器人,对机器人的结构与控制系统进行了设计,实现了机器人在室内环境中的自主巡航检测并对部分定位导航算法进行了优化。首先,对家用服务机器人的总体方案进行设计,确定机器人的结构参数与性能指标,分别从机械结构、控制硬件以及控制软件三个方面进行了方案设计。其次,明确了机器人采用轮式差分驱动的移动方式;在此基础上,对机器人的结构进行了详细设计。建立了机器人的运动学模型,对位姿求解与速度反解问题进行了分析。接着,根据机器人的技术要求,完成了传感与运动控制系统的设计;采用STM32F1控制器作为机器人传感与控制系统的主控制器,并完成主控制器与传感器、电机接口设计;在此基础上,结合嵌入式实时操作系统μCOS-II完成传感与运动控制系统的软件设计。基于定位与导航的相关理论,在ROS下搭建了激光雷达与里程计数据融合的自主定位与导航系统,并对导航功能包进行了接口程序设计,完成了移动机器人在室内环境中的定位、建图与自主导航功能。此外,考虑到机器人在家用环境中的人机交互需要,采用麦克风阵列传感器实现了人机语音交互功能。针对SLAM过程种由于传感器与外噪声问题所造成的累计误差,设计了一种基于传感器融合技术的优化SLAM算法,对优化的过程进行了分析;此外,针对传统蒙特卡罗定位算法过程中粒子采样存在计算量大、实时处理能力差等问题,设计了一种改进的AMCL定位算法,对改进算法的粒子采样过程进行了分析比较。最后,通过样机实验对机器人功能进行了验证,实验结果表明机器人具备了在室内按设定的路线进行自主定位与导航,同时完成巡航检测的能力,所搭载的多种传感器可以探测出对应的家庭安全隐患并及时报警,所设计的人机语音交互模块可以实现基本的人机问答与语音指令控制。