随着科学技术的不断进步，机器人在人类社会中的作用和地位日益凸显。电源技术是机器人的关键技术，是实现机器人长期自主工作的保证。由于存在容量限制，移动电源并不是解决机器人电源问题的最佳途径。目前，解决机器人电源问题的主要思路是自主返回充电，最常用的技术手段是基于红外线信号引导机器人返回充电座进行对接充电。该方法缺陷明显：红外线信号传输距离非常有限，不能穿过障碍物且容易受到电磁干扰，这些都严重的影响了机器人自主返回充电的成功率和适用范围。因此，如何解决机器人自主返回充电关键技术问题成为了机器人研究领域的研究热点。针对目前移动机器人电源技术存在的问题，本文对移动机器人自主返回充电关键技术进行了研究。具体研究内容如下：①基于张正友平面法完成了摄像机标定，并从颜色和形状两种特征方面设计了充电座标识代替真实充电座用于实验。②针对机器人与充电座的远程对接问题，提出了基于单目视觉和里程计组合导航方式的远程对接算法，建立了门梁数学模型用于基于单目视觉的机器人定位，建立了房间地图模型用于基于里程计的机器人定位，设计了移动机器人远程对接运动控制策略用于提高机器人定位的效率和准确率。③针对充电座的识别和跟踪问题，提出了基于HSV颜色特征和形状特征的充电座识别算法，使用CamShift算法对充电座进行跟踪。充电座识别算法首先用基于离线训练模式建立充电座色调颜色直方图模板进行彩色目标分割，然后用体态比和矩形拟合因子这两个形状特征建立充电座形状参数模板进行充电座识别。④针对机器人跟踪充电座的任务需要，基于小孔成像原理实现了单目视觉测距。基于OpenCV编程在Pioneer3-DX移动机器人上开展了多个实验。实验结果表明，本文算法对光照变化具有一定的适应性，能够有效排除相似颜色和相似形状物体的干扰，能够稳定的跟踪充电座，具备较高的自主返回充电成功率。