室内服务机器人行业飞速发展,对室内服务机器人的需求也与日俱增。室内服务机器人不仅需要具备识别环境信息的能力,还需要具备在环境中导航与避障的能力,并广泛应用于不同场景中。目前,科研机构和生产公司都对机器人导航中的关键技术进行了深入研究。机器人导航技术主要包括环境地图的构建、机器人定位和环境中的路径规划。通过这些技术,机器人在未知环境中构建地图,在已构建完成的地图上进行路径规划与避开障碍物,最终到达目标点。由于室内服务机器人应用场景不同,对机器人的导航要求也不同。本文服务机器人的应用场景是室内办公环境,在不同办公室间运送文件等相对繁琐的工作,并在运送过程中避开行人和障碍物。针对这些应用场景,分析现有导航技术基础,对当前导航方法做出改进,设计了基于激光雷达的室内服务机器人导航系统。本文的主要内容如下:1.在机器人自主导航的相关理论中,传感器数据的准确性对机器人的自主导航至关重要。但机器人在运动过程中,激光数据会产生运动畸变,影响机器人自主导航的效果。本文中采用里程数据校正激光数据,去除运动畸变,提高传感器数据表达环境的精确程度,是后续机器人导航的基础。2.针对粒子滤波算法的同时定位与建图(SLAM)方案存在粒子枯竭、估计精度差等问题,提出改进重采样方法的粒子滤波算法,在提高粒子多样性同时,提升位姿估计的精度。通过一维非线性跟踪(UNG)和二维纯角度跟踪(BOT)模型的仿真结果验证了算法的有效性,在导航系统中基于本算法有效构建了环境地图。3.由于现有的避障算法无法避开近距离障碍物,提出了改进动态窗口法(DWA)的主动避障算法。根据速度对应模拟路径的评分,选取适当的路径。当与障碍物距离过小时,先执行后退命令,再重新规划到目标点的路径,最终达到当机器人距离障碍物过近时,有效避开障碍物且重现规划路径的效果。并在实际场景中验证算法的有效性。4.针对本文对机器人自主导航系统的功能需求,结合激光SLAM模块、定位模块与导航模块,设计与实现了基于激光的室内服务机器人导航系统,在该系统上测试与验证改进算法的有效性。