工业设备能够保证长期安全正常运行,对于企业实现安全生产并提高生产效率有着非常重要的意义。以炉窑设备为例,温度如果没有得到合理控制,窑内温度过高会损坏窑衬,严重时将会发生红窑或者坍塌事故,造成重大的经济损失,甚至威胁工人的生命安全。目前工厂中仍旧依靠工人定期手持红外测温仪对工业设备表面进行定点测温来实现对设备表面的温度监控,即使选用二维的红外成像仪,也只能对设备表面的定点或有限的局部区域进行测温,不能同时获取整个设备全局的表面温度,而且这种方式易受工人的主观因素影响,实时性和准确性都相对较差,如果设备温度较高对工人来说也有一定危险性。因此,通过自动化技术实时获取工业设备表面的全局温度场信息,对于实现工业设备的实时监控、故障诊断和故障处理有着重要的研究意义。移动机器人技术最近几年发展迅速,以其高机动性、灵活性和安全性而深受欢迎。同时,为了获取设备表面的全局温度场信息,借鉴二维相机可以实现三维场景重建的视觉SLAM方法,用二维红外成像仪的红外热像图融合可见光信息实现包含温度场信息的三维重建,即3D温度场重建,是一个新的尝试,具有重要的研究价值。现有的3D温度场重建工作依然需要人工手持设备进行重建,无法像移动机器人一样在大场景中对多设备及其环境温度场进行自动自主重建,另外,该工作的数据传输需要有线连接方式,所以构建场景极其有限。因此,针对上述大范围多设备3D温度场自动重建这一新问题,本文以工业设备表面全局温度监控为课题背景,开展基于自主导航移动机器人3D温度场自动重建系统的研究,以实现在移动机器人自主导航下,自动的对工业设备及其周围场景进行3D温度场重建的功能。本文的主要工作如下:（1）根据系统的总体设计目标,该系统在大范围环境下利用无线方式进行数据传输,不需人工手持,可以自主的实现设备表面及其周围场景的3D温度场重建功能。本文将整个系统设计为移动机器人和3D温度场重建两个子系统,为了实现复杂环境下的导航工作,本文借助激光雷达采用RPBF算法进行环境栅格地图构建,并以该地图为前提,采用将全局路径规划A*算法和局部路径规划DWA算法结合的混合路径规划算法实现路径规划和动态避障。基于RTAB-MAP视觉SLAM算法进行改进,提出融合红外热像图进行3D温度场重建的方法。为了提高重建系统的鲁棒性,在视觉里程计和回环检测环节引入红外图像,提出视觉里程计和回环检测冗余机制。另外,结合两个子系统功能,提出具体任务自动路径规划以及导航重建多任务协同处理的策略。（2）针对整个系统,基于ROS平台,共设计了 5个功能节点,即图像预处理节点、三维重建节点、机器人栅格地图构建节点、机器人导航节点以及自动路径规划和多任务协同处理节点。对三维重建节点、机器人栅格地图构建节点和导航节点进行详细的参数配置以获得更好的效果。在图像预处理节点中,分别对RGB-D相机和红外相机进行内参标定,针对RGB图像,深度图像、红外图像大小以及采集频率的不同,对其进行了空间配准与时间同步。在自动路径规划和多任务协同处理节点中,针对具体重建任务,设计自动路径规划策略并实现导航任务、重建任务的多任务协同处理。另外,设计了机器人的URDF模型,并确定了整个系统的TF坐标变换。（3）搭建了移动机器人实物平台,在实验室环境下对所设计的基于自主导航移动机器人3D温度场自动重建系统进行了运行测试与实验验证。针对移动机器人子系统,分别设计了建图实验、导航实验和避障实验;针对3D温度场重建子系统,设计了视觉里程计特征提取实验和回环检测实验,同时在大小两个场景下分别进行了生成RGB点云的三维重建实验和生成红外点云的三维温度场重建实验。结果表明本系统能够满足设计的目标,实现对应的功能,同时在实验后也分析了工业用红外相机在工业设备表面及其周围环境3D温度场重建任务中的限制条件、优势与不足,为进一步实现对工业设备表面进行全局温度监控奠定了基础。