在网球教学与练习中,收集散落的网球费时费力,严重影响人们运动的体验。目前市场上的捡球装置仍主要以人工操作为主,虽然一定程度上降低了捡球劳动强度,但并未从实质上改变过程中的人工参与。为此,本文结合计算机视觉技术设计和开发了一种依靠视觉导航实现自主移动并完成捡球任务的机器人。首先,对视觉导航的捡球机器人进行功能分析,确定总体设计方案。完成结构设计,对捡球机构进行运动分析与功能验证。其次,根据功能需求设计控制系统,对各功能模块进行硬件设计,基于有限状态机实现程序模块化设计。针对捡球机器人控制要求,提出基于神经元的自适应PID电机控制算法实现运动姿态闭环控制。然后,针对网球的识别提出了基于颜色与轮廓特征的目标识别算法。为提高识别的准确性与稳定性,提出了基于轮廓统计特征的改进最小二乘法用于轮廓检测,并通过实验证明识别效果。最后,在定位与路径规划方面,通过分析成像模型建立坐标空间映射,实现对识别网球的相对定位。采用航迹推算与UWB相结合的定位方式实现自身定位。在此基础上提出基于滚动窗口的局部视觉导航与子区域遍历的全覆盖路径规划算法。并通过球场实地实验验证了捡球机器人视觉导航的自主捡球功能。