助行机器人是一种可以辅助老人行走的特殊服务机器人，它的目标是代替传统的助行器（如拐杖、助步架等）在保证老人行走安全的基础上，大大提高其独立生活能力及生活质量。除了能够提供基本的辅助行走功能，它还需具备多种智能化功能，如用户健康状态监控，语音交互，定位导航，用户识别，用户计划提醒，信息播报服务等等。定位系统作为助行机器人一个重要组件，是实现多项智能化功能的一个基础。本文针对助行机器人定位系统的几项关键技术开展研究，具体研究内容如下。（1）环境地图是助行机器人自主定位导航的重要先验知识，常用的2D地图能够满足机器人自定位的需求，但由于存在高度方向的不确定性，在家居狭小空间内的自主导航应用中存在明显不足。而传统的3D地图创建方法一般需要使用价格昂贵的激光传感器，操作也较为复杂，不适合家庭使用。本文对利用RGB-D（颜色-深度）传感器的3D地图创建方法进行研究，提出基于改进KinectFusion算法的地图创建方法，使其可以较为方便对家庭环境进行创建。对KinectFusion算法进行两个方面的改进，一方面提出使用环境中的边线特征点匹配来提高其定位鲁棒性，另一方面在点云模型中预设一个地面点云来减少累积误差提高精度。并且提出了基于标志物的子地图拼接方法，解决KinectFusion算法只能创建小规模地图的问题。（2）助行机器人工作形式灵活，经常需要在自主运行和被动控制之间切换，同时其运行环境也会在室内和室外变化。因此连续定位会频繁的中断，这就要求助行机器人具有较强的全局定位功能，可以快速地重新定位。本文对全局搜索定位算法进行研究，提出利用旋转不变量首先进行位置空间搜索得到可行的机器人位置，然后在方向空间进行搜索得到机器人的朝向，对全局搜索定位方法进行降维，这样大大提升了全局定位的效率。（3）传统的2D连续位置跟踪方法较为成熟但是需要使用激光传感器，对助行机器人的成本控制不利。本文尝试以RGB-D传感器来代替2D激光传感器进行连续定位，通过充分利用RGB-D的3D点云信息弥补其水平方向视野较小的缺点。而传统的3D点云配准定位算法，无法达到实时定位的需求，本文提出了基于3DLUT（Lookup Table）的3D点云快速配准方法，该方法可以达到实时的处理速度，同时具有较高的定位精度。（4）助行机器人的用户定位功能是一项非常重要的功能，对提高助行机器人的易用性起很大的作用。传统的基于激光传感器的用户定位方法由于没有用户区分的能力，所以在行人干扰较多的情况下无法正常工作；基于视觉的方法则因为对光线变化，观察角度等非常敏感，所以鲁棒性不高。本文提出基于全向视觉及红外标志物识别的方法来定位用户。通过调节相机曝光值，使得系统在室内室外均能稳定的识别用户。在对全向视觉系统进行标定时，利用镜面基底圆轮廓的成像来计算镜面位姿确定内部参数的方法，并提出了使用镜面中心点来确定镜面位姿两组可能解中的真实解，同时提出了利用一种具有单一解的Non-SVP（非单一中心）P3P解法来确定全向视觉系统的外部参数的方法。该标定方法简单快速，对标定物要求低，并具有较高的精度。（5）根据本文提出的几项关键技术解决方案，开发搭建了WalkMateIII型助行机器人软硬件系统。为了方便系统软件的开发集成，提高系统的结构清晰度，本文利用基于模块化的方法来搭建助行机器人的软件系统。最后通过实现两个典型任务：开机用户查找，用户跟踪的，对整套系统的可行性进行验证。国内助行机器人的研究刚刚起步，而助行机器人由于其特殊的工作方法和一般的移动服务机器人有多方面的差别，还有很多问题有待解决。本文的研究目的是：通过对助行机器人的定位系统的研究，解决几项关键问题。论文的研究有助于助行机器人早日进入实用阶段，为解决人口老龄化带来的老人护理问题打下基础，具有重要的社会意义和经济价值。