室外移动机器人定位与建图算法的研究一直是自主移动机器人研究领域中主要的课题。如何在复杂的室外场景下进行定位,如何在障碍物较多的场景下创建有效的障碍栅格地图便于移动机器人进行路径规划,一直是机器人研究的重点和难点。本论文在以道路间车位等区域工作的室外清扫机器人为研究对象,对基于3D激光的室外清扫机器人定位与建图算法展开研究。通过检测障碍物创建适于室外清扫场景的地图,结合3D激光雷达和GPS的优缺点进行精确和快速定位,保证清扫机器人的工作性能。本文的研究分为以下几个方面:1.室外可通行区域构建算法研究。使用点云深度图对三维点云进行描述,显式的表现邻域信息,以降低算法在计算平台上的耗时;使用地面平面拟合算法分离出地面点和非地面点,并通过八叉树构建局部障碍栅格地图;使用改进的深度聚类算法,初步检测出体积较小的特殊障碍物,并通过点云的激光强度分布情况进一步检测出树叶等特殊障碍物,创建在障碍栅格地图中,构建可通行区域,便于机器人进行路径规划。2.3D激光雷达融合GPS定位算法研究。构建描述机器人位姿信息的位姿协方差矩阵,使用GPS的先验偏差和定位因子等信息构建GPS位姿协方差矩阵,通过点云匹配的方法构建激光里程计位姿协方差矩阵;根据位姿协方差矩阵等信息,使用位姿图优化的方法融合GPS和Lidar传感器的信息,提升机器人位姿的精度和鲁棒性;添加闭环检测,根据GPS的全局信息和点云匹配的结果作为闭环检测的判断依据,进一步提升机器人位姿的精度。3.轻量化激光里程计算法研究。在已有点云处理的基础上,使用点云分割等方法剔除点云中局部曲率过大的不可靠特征点,减小匹配特征点的数量,降低激光里程计部分的计算耗时;减少局部曲率较大的线特征的数量,在降低计算量的同时,提高匹配的准确性;在激光里程计位姿计算中加入平面运动约束,提高机器人在崎岖路面的位姿精度和鲁棒性。4.基于3D激光的室外清扫机器人定位与建图算法实验研究。开展系统设计和机器人平台搭建,利用仿真测试和实际测试两种方案,以验证算法的可行性和有效性。