随着机器人技术的发展和成熟,机器人系统逐渐进入家庭生活与服务领域,近年来,家庭室内机器人的研究成为许多人关注的焦点。对于家庭机器人来说,导航是一个重要的问题,是实现机器人智能性的核心技术。它主要由环境信息获取、环境信息描述和建模以及实现自动定位组成,其中环境信息描述和建模是核心内容。本文主要以家庭移动机器人开发应用为背景,对基于单目视觉的家庭机器人在室内环境中实现高性能的自主导航、环境建模等问题进行了深入研究,提出了特征.拓扑混合环境模型。为了创建特征-拓扑混合环境模型,本文提出了两种环境描述方法:基于垂直边缘特征的环境描述和基于局部灰度分布特征的环境描述。基于垂直边缘特征的环境描述采用Sobel算子和非极大值抑制算法进行边缘的提取和细化,完成物体边缘垂直投影,利用得到的投影曲线,分析了一种基于投影曲线的比例不变性的垂直特征匹配方法,基于该匹配方法采用了一种利用单目视觉计算垂直特征世界坐标的方法,利用垂直特征在世界坐标系中的位置来描述环境。基于局部灰度分布特征的环境描述方法采用SURF特征来描述环境,文中详细介绍了SURF特征的提取、描述器的构造、匹配、自然路标构造的方法和识别实验评估。最后,给出了家庭机器人导航系统的体系结构,分析了每个模块的作用,并对基于该模型的家庭机器人进行定位,节点处采取了节点HMM估值识别定位方法,在连接边处利用环境的垂直边缘特征进行定位,这样可以避免里程计的误差。实验证明该方法可以提高节点识别处方向的定位精度和连接边处的位置定位精度,确保整个定位过程的连续性、鲁棒性和实时性。