随着用人成本的提高和科学技术的发展,越来越多的行业或者工种被机器人代替。移动机器人因其工作效率高、性价比高、可靠性高、自动化程度高等优点在货物搬运领域具有无法取代的优势。激光导航和电磁导航作为移动机器人主要的导航方式具有多种弊端:激光传感器成本较高,难以实现大范围推广应用;电磁导航中路径铺设和后期维护成本较高,且路径改造柔性差。针对激光导航和电磁导航的上述缺点,本文提出一种基于地面特征导航的室内移动机器人。该移动机器人基于视觉技术,利用连续地面图像构建虚拟移动路径,实现在无标记物地面的自然导航与运动。具体研究内容如下:一、室内移动机器人机械系统设计与运动性能分析。针对室内移动机器人应用场景的非结构特性,设计了一款机器人的底盘悬架结构。采用前后万向轮支撑重量,中间差速轮提供驱动力的形式。悬架结构能够根据起伏的路面自适应地调节悬架行程,具有良好的越障和爬坡能力。根据性能要求对移动机器人的底盘结构进行设计,对关键部件的参数进行计算。建立了机器人的运动学模型并对越障和爬坡性能进行了分析验证。二、基于地面特征的视觉导航方法研究。利用图像配准技术,提出了一种基于地面特征的自然环境下移动机器人视觉导航方法。该方法可以在没有标志物的地面建立虚拟移动路径并且对多种地面形式具有良好的适用性。分别研究了单幅图像的特征点提取算法、多幅图像的特征匹配算法;通过对多种地面处理算法的实际处理效果进行对比,验证了本文所选用的harris_binomial算法具有处理速度快,特征点提取数量多且匹配范围广等特点。利用Blob分析方法获得拼接图像的相对位姿关系从而建立地面的虚拟移动路径,并设计了类似轨迹导引法的视觉导航方案。三、室内移动机器人控制系统的搭建和实验研究。基于地面特征建立虚拟移动路径的思想设计了视觉导航模块、基于纯跟踪算法原理设计了运动控制模块并根据控制机器人扫描移动路径和多模块协调工作的思想设计了遥控控制模块,构建了完整的移动机器人系统;然后编写了室内移动机器人运动控制模块软件、遥控控制模块软件和视觉导航模块软件;最后进行室内移动机器人的虚拟移动路径的建立和路径跟踪实验,验证基于地面特征建立移动路径的可行性。实验结果表明:所提出的基于地面特征的自然环境下移动机器人视觉导航方法,能够适用于多种地面形式。不需要对地面进行特殊处理或者粘贴标识图形,通过地面的连续图像能够建立机器人的移动路径。运用纯跟踪算法和惯性导航能够实现路径跟踪,移动机器人的行驶速度能够控制在1.5m/min,负载能够达到50KG,定位精度达到1.5cm以上。