核设施退役是一个世界性问题,核退役机器人能够取代操作人员,在高辐射环境中作业,三维感知与防碰撞作业是核退役机器人的重要内容之一。核退役机器人工作时,操作人员通过单目相机观测现场情况,人眼识别定位来手动操作机器人完成拆除作业,通过单目相机观测,容易存在遮挡情况,操作人员的作业难度较大,效率较低且作业过程自动化水平不高。因此,为了提高拆除效率,本文以强辐射场下作业机器人项目为背景,对基于多目视觉的三维感知与避障技术展开研究,主要研究内容如下:首先,本文分析课题任务需求,明确了本课题存在的技术难点;对比分析单目视觉三维定位、双目视觉三维定位、多目视觉三维定位三种定位方法,结合课题要求,最终确定采用多目视觉系统对作业场景进行三维感知,进而引导机器人规划出一条无障碍且优化的路径的整体技术方案,并构建了多目视觉系统。其次,介绍了相机的成像模型,建立视觉系统坐标系;采用张正友标定法进行相机标定,获取畸变矩阵并进行矫正,然后根据现实情况对采集到的图像进行预处理;根据管道分布的三种情况,分别采用不同算法识别管道。然后,对预处理后的图像进行立体校正;介绍了立体匹配算法,比较算法的优劣,确定全局双目相机采用BM算法,局部双目相机采用SGBM算法,并改进了BM算法,提高了效率;利用相机标定结果和立体匹配得到的视差值对目标对象进行三维重建。再次,对机器人防碰撞技术进行研究。机器人手动作业时,采用基于KD-Tree的点云防碰撞技术,设置安全阈值,当机器人与障碍物点云之间最近距离小于阈值时,机器人会自动停止运动从而实现防碰撞;自动作业时,提出一种改进RRT路径规划算法作为核退役机器人避障路径规划算法,并在MATLAB软件上模拟仿真,通过与传统RRT、RRT-connect路径规划算法比较分析,验证所提算法的可行性。最后,搭建了基于多目视觉的核退役机器人三维感知与避障实验系统,分别设计了软硬件平台,并利用搭建的实验平台验证机器人避障作业效果。实验表明本系统能够成功地完成场景三维感知以及避障作业任务,证明了本文研究的可行性。