移动机器人是机器人家族的重要成员,移动机器人的定位和导航是实现机器人智能化自主化的关键技术。基于视觉的导航与定位获取信息丰富,系统的能耗低,因此成为移动机器人导航的一个重要研究方向。在全局视觉定位导航中,单一摄像机有限的观察视野限制了机器人的运动范围,影响机器人路径规划的预判和预调整;扩大视野会使局部细节成像分辨率下降,影响定位定姿精度和可靠性。因此大视野观测和高清晰度细节观测往往很难同时兼顾。为解决这一问题,本文设计了一种长短焦双摄像机系统,通过短焦(鱼眼)摄像机对大范围的环境进行观测,同时引导云台搭载长焦摄像机跟踪锁定目标,并对目标细节进行放大观测,获得移动机器人的高分辨率图像,精确计算机器人位姿结果。实际搭建了双摄像机系统,并使用山东大学和山东优宝特智能机器人有限公司共同研发的Billy四足机器人平台进行了实物实验验证。提出改进快速随机扩展树算法,对静态和动态环境下四足机器人的路径规划进行了仿真实验。论文主要研究内容如下:(1)设计并研发了小型电驱动四足仿生机器人的机载安卓上位机软件,设计并实际搭建了四足机器人外环境感知系统,结合视觉、听觉、触觉感知,研发了目标跟随、自动充电等功能,并丰富了机器人的人机交互通道。(2)使用数字舵机与高清摄像机搭建了双摄像机系统,对双摄像机主从系统进行运动学建模,并对各坐标系空间位置关系进行标定和测量。(3)在鱼眼摄像机图像中,通过基于加权RGB颜色直方图的粒子滤波算法对大场景中的运动目标进行跟踪,通过基于历史运动数据的最小二乘法轨迹预测,针对运动目标被短时严重遮挡情况下的目标轨迹进行预测,通过均匀采样的方法对丢失目标进行重检测。(4)根据鱼眼摄像机三维重构结果,由云台运动学模型反解云台双轴角度,转动长焦镜头对准目标区域进行放大成像;通过OpenCV轮廓检测识别机器人背部二维码,计算二维码中心与朝向,根据空间关系解算机器人位姿数据。(5)通过收缩算法对经典RRT路径规划算法结果进行进一步缩短,并针对动态障碍物环境,提出了基于概率权重采样的扩展树快速遍布算法,生成多条可行路径,并通过树枝修剪,结合障碍物运动方向和启发式搜索,在障碍物拦阻机器人前进路径时进行路径重搜索,获得新的可行路径,并在MATLAB中进行了路径规划的仿真实验。