机器人应用场景正在不断拓展,从最初的用于工业生产提高生产效率,到当下开始转向服务行业帮助人们创造美好生活。因为家庭服务的需要,家庭服务机器人独特优势越来越明显,但是至今还没有开始应用,是因为存在一定的实际问题。其中就包括家庭服务机器人面临未知复杂的家庭空间环境而无法实现自主导航问题,因此对其导航系统的研究显得十分重要和迫切。本文以项目小企鹅形的家庭服务机器人在家庭环境下导航问题为研究对象,针对未知复杂的家庭空间环境,尤其是在家庭空间环境中存在的障碍物不规则、随机分布且分布在不同空间层次、位置不确定的情况下,设计其自主导航系统并实现自主导航和主动避障功能。本文主要研究内容如下:1.根据家庭服务机器人的功能需求,设计多传感器融合的家庭服务机器人自主导航系统的方案,包括系统硬件部分的设计和在机器人操作系统平台软件开发。另外,设计接触式自动充电方式,以便家庭服务机器人在电量不足的时能够自动充电。2.采用激光雷达的同时定位与建图技术构建家庭环境栅格地图,通过研究粒子滤波算法提高定位精度,从而可以构建精确的地图。在路径规划中运用A*算法和动态窗口算法,能够实现在构建好的地图中搜索出从初始位置到目标位置最优可行的路径,在向目标位置行走过程中,遇到障碍物重新规划到达目标位置的局部路径。3.主要针对上述家庭空间环境中分布的障碍物,在向目标位置行走的过程中采用激光雷达、超声波传感器和深度摄像头等多传感器信息融合实时感知检测,为实现自主避障及局部路径规划奠定基础,也是本文的工作重点。4.结合研制的导航系统,按照系统运行流程进行编程实现导航系统功能。针对项目功能需求,对家庭服务机器人导航系统进行一系列的实验测试。经过不断调试与完善,最后通过实际的实验结果表明,家庭服务机器人在复杂未知的家庭空间环境可以实现无碰撞安全行走功能以及自动充电功能。