球形移动机器人是近十年发展起来的一种移动机器人,它的球形外壳将其所有的机械部件,控制系统及能源装置包裹起来。它具有简单、紧凑、密封和灵活的特点及快速运动的能力,能够全方位滚动及零半径拐弯。因此球形移动机器人在军事、民用和工业领域均有广泛的应用前景。此项研究已成为智能机器人研究的一个热点。但是,十多年来球形移动机器人的研究仍然处于探索阶段,离实际应用相差甚远,其中主要原因之一是导航问题尚未得到很好的解决。球形移动机器人的精确控制和智能化需要安装大量的传感器,全封闭与全方位运动是球形移动机器人的运动性能上的优点,但是另一方面这两个特点使得传感器的安装与信息获取变得困难,基于组合导航的自主运动不易实现。为此本文致力于这方面的研究。本文首先根据球形移动机器人的结构、运动特性进行了传感器需求分析,论述了球形移动机器人导航传感系统的设计与实现过程。然后介绍了球形移动机器人导航运动控制系统的硬件结构和控制系统的各组成部分。研究了光照条件变化对球形移动机器人视觉导航影响,在此基础上,分析图像分割、轮廓提取技术,完成了基于颜色及轮廓的目标物体识别。设计开发了基于VC++与大恒图像开发包的球形移动机器人视觉导航系统。研究了球形移动机器人的导航定位技术。通过球形移动机器人自主运动实验验证了该导航系统的有效性。文章的最后对本文的工作进行了总结与展望。