摘要
本研究提出了一种开发原型户外清洁机器人的实用方法，该方法降低了硬件和软件的复杂性。尽管室内清洁机器人已被广泛采用，但由于非结构化环境和系统复杂性的增加，户外清洁机器人仍然成本高昂且不易获取。为此，我们将一台市售手动清扫器改装为最小化硬件配置：单个3D激光雷达和运行开源自主软件栈的小型车载计算机。这种以激光雷达为核心的设计降低了硬件和软件的集成复杂性，同时利用激光雷达内置的惯性测量单元进行运动补偿。我们专注于将三个关键自主模块——建图、定位和规划——适配于以茂密植被和GNSS拒止为特征的半结构化公园环境。使用激光雷达SLAM框架生成了具有闭环一致性的点云地图。在测试条件下评估了基于地图的姿态初始化和激光雷达扫描匹配。通过针对共享窄路的适配，基于车道单元的规划展示了双向路径跟随行为。实地试验证明了预定义清洁路线的自主执行，闭环残差为0.072米，低协方差导出横向不确定性，以及距车道单元中心线参考轨迹的平均偏差约为0.14米。这些结果证明了低复杂度以激光雷达为核心的自主架构在测试的户外清洁场景中的可行性。
