球形机器人作为一种新型的移动机器人,其灵活快速的运动性能引起了全世界研究人员的重视,在生产和生活的各个方面都有着广阔的应用前景。现有的球形机器人绝大多数均缺少对外界环境进行测量的传感器(如激光传感器、视觉相机等),导致其对周围环境的感知能力较弱,无法准确地获得机器人的位置、速度等运动参数。因而现有球形机器人的运动控制方法主要采用开环控制或人工遥控等策略,导致机器人的控制精度不高、累计误差较大且抗干扰能力差等。针对以上问题,本文对搭载有视觉和惯性传感器的球形机器人运动控制方法展开研究。本文中所研究的球形机器人样机搭载有视觉相机和惯性传感器,在利用这两种不同的传感器之前,首先需要对其进行标定来确定相机和惯性传感器之间的旋转矩阵。在对常用的标定方法进行调研后,本文提出一种新型的标定方法,并完成标定实验。在对国内外球形机器人研究现状以及常用的移动机器人自主定位方法进行深入的调研后,本文提出一种新型的球形机器人鲁棒运动参数估计算法。利用卡尔曼滤波算法对视觉相机和惯性传感器采集到的信息进行融合,获得机器人运动过程中准确的姿态航向角、速度和位移等信息。在获得球形机器人准确的运动参数估计基础上,重点研究基于视觉和惯性传感器的球形机器人运动控制方法。本文设计一种新型的运动控制算法,即基于路径跟踪的机器人运动控制算法,利用Matlab和ADAMS软件对其进行仿真实验,验证算法的控制性能,并对实验结果进行分析。在此基础上,又提出一种基于预瞄点跟踪的球形机器人运动控制算法,同时也进行了仿真实验。最后,针对本文所设计的运动参数估计算法和球形机器人控制算法,利用搭载有视觉相机和惯性传感器的球形机器人样机进行实验验证,并对实验数据进行分析,对所提出的算法进行相应的改进。