定位是移动机器人自主导航系统中需要解决的首要问题,传统的机器人定位方法主要依靠单一的位置传感器进行定位,如采用轮式里程计进行航机推算定位。但单一的传感器定位系统在定位效果上都会有各种各样的局限性,现在逐渐出现了一些将不同的定位传感器融合取长补短的解决方案;本文针对室内轮式移动机器人,从其结构和定位的成本及效果出发,选择轮式里程计与单目视觉里程计融合的定位方案进行研究,设计了一套基于单目视觉与轮式里程计融合的定位系统。本文对以下几个方面进行了研究:1、对于单目视觉里程计,对比图像特征点法与光流法,采用改进后的光流跟踪算法,提高图像跟踪的质量及跟踪效率;通过对图像信息设立关键帧、同时使用平均视差滑动窗口策略,对图像位姿信息进行3自由度优化,实现了单目视觉图像帧位姿求解;采用基于词袋模型的关键帧回环检测算法,并通过全局最小环优化以及局部滑动窗口优化策略实现当前帧位置校正以及回环轨迹校正;2、恢复单目视觉里程计尺度,将轮式里程计的运动轨迹与单目视觉里程计计算的运动轨迹进行运动模型时间戳对齐,得到不同传感器在同一时刻、同一坐标系下的机器人位置;提出了多角度轨迹对齐,通过计算多种情况下的尺度判断当前计算尺度可靠性,避免了局部位置误差过大的情况,得出单目视觉里程计的绝对尺度;3、针对轮式移动机器人打滑以及视觉场景单一等情况,提出了单目视觉里程计与轮式里程计位姿融合方案,减小了轮子打滑以及场景单一等情况对机器人定位精度的影响;4、对图像关键帧进行词袋模型检测,通过严格的回环检测过程,得到视觉回环,通过全局最小环优化策略以及局部滑动窗口优化策略,校正当前视觉里程计和机器人世界坐标系下融合定位位置,以及优化全局回环运动轨迹,实现减小累积误差的目的。