服务机器人是新兴的集机械、电子、计算机等多学科领域交叉融合的智能系统。当前机器人行走机构主要可分为轮式、腿式、履带式三种,但单一的行走机构环境自适应性差,无法在非结构性环境(如:楼梯)下运行;而传统的自平衡机器人MEMS姿态测量系统应对非结构性环境时的可靠性不高,平衡控制适应性较差;并且当前的服务机器人对于室内环境感知能力不足。针对以上问题,本文提出一种双轮爬梯自平衡物流机器人,通过对可变形轮式行走机构的设计;轮式倒立摆爬梯动力学模型的搭建;变转矩姿态控制策略的研究;以及基于ROS框架的激光SLAM定位与室内导航的引入,有效的克服了室内服务机器人几大关键性难题,本文从解决物流机器人“末端派送”的问题出发展开研究,主要内容如下:(1)可变形轮式倒立摆的爬梯动力学模型研究。通过分析爬梯所需转矩与机器人质量、质心偏角、轮半径等物理参数的关系,研究普通圆轮与可变形轮的最大翻越高度,并使用MATLAB对爬梯影响因素进行仿真分析。结果表明,可变形轮式行走机构最大爬梯高度满足国家标准高度的楼梯;然后通过力和运动角度展开分解,使用拉格朗日方程对机器人爬梯运动进行动力学建模,推出机器人驱动系统传递函数,并对该系统进行Simulink仿真分析,通过仿真曲线得出该机器人系统是一种不稳定的、非线性斜坡式倒立摆系统,证明现有机械驱动机构不足以实现爬梯。(2)基于ROS框架的底层与上层智控系统设计。提出变转矩的底层姿态控制方案和引入ROS架构的上层激光SLAM定位与室内导航方案。通过恒转矩与恒功率控制对比,提出转矩环代替速度环的控制策略,降低元器件的功耗实现爬梯,并通过Simulink仿真验证该控制策略应对非结构环境具有较好的稳定性;使用SLAM框架的Google-Cartographer算法进行构图,建立全局与局部路径规划,实现机器人的自主定位与导航;设计整机通信系统,实现多传感器与底层、底层与上层之间的串口通信以及PC上位机与上层控制板的SecureShell网络通信,并通过订阅机器人各传感器发布的ROS话题信息,对底层运动进行控制。(3)试制“末端派送”物流机器人样机。对样机下发派送任务,并进行变形轮校准实验;楼宇内直行、爬梯、转向实验;室内定位与导航实验。以质心偏移距离来判断爬梯稳定性;以落脚点的偏差范围来判断爬梯通过性;以直观的SLAM地图与最短的派送路线来判断室内定位与导航的智能性。实验结果表明课题所设计的机器人具备一定的环境感知及地形自适应能力,验证了爬梯理论分析的有效性,结构设计的合理性以及智控系统研究的科学性。