管廊作为集中架设“水(饮用水和污水)、电(电力和通讯)、煤(热蒸汽、煤气和天然气)”输运或传输装备的综合性地下设施,应用日益广泛,逐渐成为现代城市的标准配置。由于其综合性及与人们日常生活息息相关,一旦发生故障,将带来难以估量的损失。因此,对管廊安全状况的监测具有十分重要的现实意义。由于管廊具有深处地下、分布交错、延展范围大、环境恶劣及设备类型传输介质多样等特点,传统的管廊运维方式通过监测人员频繁进入管廊进行人工巡检运维,存在效率低、人力成本高以及安全隐患的弊端,已难以满足日趋发展的管廊应用需求。随着移动机器人技术的发展,基于移动机器人的管廊自动化运维成为研究的热点,并派生出悬挂式、轮式和履带式等不同类型的管廊运维机器人系统。其中履带式自主移动机器人具有前期部署成本较悬挂式低,越障能力强等优势,受到工业界和学术界的普遍重视,并在城市地下管廊自动化运维方面开始得到应用。但其更广泛的推广应用还面临高精度的导航地图重建、高性能的定位能力及鲁棒的路径规划等方面挑战。基于以上背景,本文提出开展面向管廊运维的履带式自主移动机器人关键技术研究。在了解国内外相关技术研究现状及其发展趋势,明确面向管廊运维的履带式自主移动机器人需求的基础上,重点开展基于多源异构信息融合的自动化建图和基于三维地图点云数据压缩的自主导航等关键技术研究。同时,将激光SLAM和机电一体化技术相结合,研发出一套面向管廊运维的履带式自主移动机器人系统,并开展相关实验研究,验证本文所研发技术的可行性和有效性。主要研究工作体现在:第一章,论述了地下综合管廊应用及其运维实施技术研究的重要意义,系统总结了管廊运维相关技术的研究现状及其发展趋势,分析了目前管廊机器人运维技术所存在的问题及相应的对策,明确了论文的研究方向。同时,还对论文的研究内容及其章节进行了安排。第二章,建立机器人自主导航技术的理论基础。分析SLAM及定位与路径规划理论,为机器人建图和导航算法的研究奠定必要的理论基础。同时,在明确面向管廊运维的移动机器人系统功能与性能目标的基础上,完成了履带式自主移动机器人总体方案的设计,并凝练了有待解决的关键技术。第三章,开展基于多源异构信息融合的自动化建图技术研究。在明确各类传感器特性及其数学模型的基础上,结合松、紧耦合下多源异构信息融合的技术优势,采用分步优化和局部保存的方式,并基于k-d树的导航地图局部化更新策略,发展了一种基于松、紧复合式耦合下多源异构信息融合的自动化建图技术,以满足大场景下点云地图重建的应用需求。第四章,开展基于三维地图点云数据压缩的自主导航技术研究。采用自适应调整窗口尺寸和阈值大小的点云滤波方法,对第三章所获得的三维地图进行点云数据投影和压缩,获得面向机器人导航应用的二维地图,既保留了三维地图的丰富信息,又能满足高性能平面导航的应用需求。同时,在前端路径搜索及后端轨迹优化的共同配合下,完成了快速的平面路径规划,实现了移动机器人的自主导航。第五章,基于上述各章节所研发的理论与技术成果,采用分布式体系结构和模块化设计策略,将激光SLAM与机电一体化技术有机融合,在完成关键软硬件模块研发的基础上,进行了系统的集成,研发出一套面向管廊运维的履带式自主移动机器人系统。同时,利用该系统进行相关实验研究,以证实本文研发技术与系统的可行性和有效性。第六章,对全文的研究内容进行总结,对以后的进一步深入研究进行展望。