21世纪以来,中国逐渐步入老龄化社会,出现“空巢老人”、老人无人陪护等社会问题。为家庭服务机器人行业提出巨大的市场需求,与此同时也对机器人提出了巨大的挑战。室内环境移动作业一直以来都是移动机器人研究的重点问题。由于机器人对于环境的理解局限于数字坐标信息,而人对于环境的理解处于语义区域层面,因此语义地图构建及语义导航成为移动机器人领域的研究热点。室内环境属于动态环境,因此动态环境导航也是一直以来研究的焦点。首先,设计基于Mecanum轮的全方位移动机器人系统。针对室内环境狭窄通过性差的特点,设计基于Mecanum轮的机器人构型,其中独立悬挂结构可增强机器人不平路面通过性及避免打滑;设计具有良好可替换性的伺服驱动模块,为机器人运动提供动力;通过激光和视觉传感器,建立立体的环境感知模型;软件系统基于ROS操作系统,可实现节点的弱耦合、多线程运行,提高程序运行效率。然后,建立机器人系统模型及环境地图模型。针对本文全方位移动机器人构型开展机器人运动控制以及位姿估计工作,分别建立运动控制模型和里程计模型;针对本文的主要传感器激光传感器进行建模修正及坐标系变换;面向语义导航需求,分别构建语义拓扑层地图和2D栅格层地图。其次,研究了机器人定位及语义导航问题。针对机器人定位,采用语义约束对AMCL定位算法的粒子分布进行指导,以此来加快机器人定位收敛速度,并减少误匹配现象;语义拓扑层路径规划采用基于连通区域的搜索方法,可以加快搜索的速度,并且增强机器人的狭窄环境通过性;基于行人预测模型,采用基于A*的二次规划方法进行动态环境机器人局部路径规划。最后,搭建基于Mecanum轮全方位移动机器人实验平台,分别就机器人工作稳定性、机器人室内环境定位、机器人语义导航和动态环境导航开展实验研究,验证实验平台的工作可靠性和上述算法的可行性。