随着科技的发展和时代的进步,机器人逐步由工业领域向服务行业渗透,服务机器人以辅助人们日常生活为主要特点逐步深入人们的生活。“互联网+”和智能家居时代的到来,社会需要一个服务机器人来统筹管理家中的电器设备,服务机器人也因功能齐全、操作方便、技术更新快等特点而广受研发者和投资者的喜欢,对家用服务机器人平台的研究具有实际意义和广阔的市场前景。本文以家庭为主要工作环境设计一种服务机器人平台,在充分市场调研和分析用户功能需求的前提下设计并绘制了服务机器人平台的三维结构图和二维装配图,在考虑机器人平台必需驱动力矩和控制精度的条件下进行了步进电机和驱动器的选型;设计了电源模块并预计了服务机器人平台的续航时间;在CATIA环境下分析了机器人平台的重心高度,确保重心处于较低位置以降低机器人平台在行驶时意外跌倒的可能性;选取驱动轴作为关键部件结合机器人平台的重量进行静力分析计算,确定了在该驱动轴上的等效加载力,建立有限元分析模型对该驱动轴进行应力分析和变形分析,证明所设计的驱动轴具有较好的强度和刚度性能,可以满足服务机器人平台的使用需求。依据服务机器人平台在指定巡视轨迹上可能遇见障碍物的情况,结合家庭使用环境和障碍物的特性选取BUG2路径规划算法来实现机器人平台对障碍物的躲避、绕行。在Matlab环境下实现了对该算法的仿真分析,通过选取不同障碍物的个数和形状来模拟不同的场景,仿真结果表明BUG2算法避障性能良好,在绕开障碍物后能继续按照直线行驶,并且该算法具有连续避障能力,仿真分析为该算法应用于服务机器人平台的实际使用打下了良好的基础。设计了服务机器人平台跟踪指定轨迹的控制方案,由于机器人平台具有一定的质量,在启动、停止的过程中除了要克服阻力还要克服惯性力。本文在建立运动学、动力学模型的基础上设计了一种基于Lyapunov直接法的轨迹跟踪控制器,在运动学控制器的基础上加入了动力学限制策略,使得运动学控制器输出的速度和加速度参数更加符合实际情况。在Simulink环境下对轨迹跟踪控制器进行仿真,得到了服务机器人平台轨迹跟踪误差、速度、加速度曲线和步进电机的脉冲参数,仿真结果表明动力学限制策略起到了显著作用,在室内环境下整个行驶过程中服务机器人平台的线速度、角速度、线加速度、角加速度都被限制在指定的范围内,符合步进电机的使用要求保证了控制精度。在仿真结束后结合支持Simulink的第三方硬件支持包,采用基于模型的程序设计方法将得到步进电机脉冲参数编译下载到服务机器人平台的主控芯片,实现了对机器人平台的轨迹跟踪控制实验,实验结果表明所设计的控制器收敛快、性能稳定,可满足机器人平台实际使用的控制需求。