随着我国城镇化建设的推进,城市人口数量显著增加,其中楼宇则是大多数身处城市的人们日常工作与生活的场所,因此服务机器人在楼宇场景下有着巨大的应用空间,而机器人在楼宇内的多楼层自主导航功能则是这类服务机器人应用的基础。为了让机器人能够在楼宇内进行多楼层大范围活动,本文设计了移动操作机器人的自主导航系统并对其中的导航过程环境状态检测及电梯按键检测与操作技术展开研究,让机器人在无需改造楼宇内电梯的前提下,仅依靠自身的传感器与执行器搭乘垂直电梯,实现完全自主的多楼层导航。本文的多楼层导航系统面向移动操作机器人,一共有五部分构成,分别为任务规划、移动平台导航、机械臂操作、环境状态检测以及机器人硬件。其中任务规划模块采用人工设计的状态机对系统资源进行调度。导航模块基于传统的单地图导航框架针对多楼层导航任务进行改进,在实现单楼层导航的基础上,通过选取楼层间的空间一致特征点,采用粒子群优化算法对齐多楼层地图,并利用多路复用机制完成地图的切换,解决了机器人在多楼层地图间的转换问题。机械臂操作部分负责检测电梯面板按键进而实现操作,本文基于字符宽度变换对电梯面板图像进行了候选区域提取,并根据电梯按键的空间与几何特征设计区域过滤流程,接着提取标准字库中的字符图像数据训练神经网络用于识别电梯按键字符,最后通过随机采样一致性算法估计按键三维空间平面,推导电梯按键的操作路径与姿态,实现了具备一定泛化性能的未知电梯面板按键的检测与操作。环境状态检测部分考虑行人状态、电梯开关门及其所处楼层状态。其中行人状态用于保证机器人导航过程的安全性,本文权衡了移动平台计算性能限制与检测性能需求,在轻量级检测网络YOLOv3 Tiny基础上结合Mobile Net V2实现检测性能提升与参数压缩。电梯开关门状态与所处楼层状态用于控制机器人进出电梯的时机,本文基于多数机器人均配备的二维激光雷达以及低成本气压计实现了对电梯开关门状态以及楼层状态的检测,并设计实验验证了方法的准确性。最后本文根据任务场景特点完成了移动机器人部件的选型与基本装配设计,并在机器人上进行了系统的搭建与部署。通过多楼层导航实验,证明了本文所提出的导航系统能让机器人仅靠自身的传感器与执行器实现楼宇内的多楼层自主导航。