随着工业自动化技术的不断发展,移动机器人因其较高的柔性与可扩展性被广泛应用于制造业、物流业等多种工业场景中,成为运输货物的一种重要载体。尤其当全球新冠疫情爆发后,无人化作业的需求激增,极大地促进了移动机器人的研究与应用。在实际应用中,往往需要多个移动机器人协同工作,共同构成一个移动机器人集群系统。然而,当系统规模增大时,如何协同好多个移动机器人的运行成为了移动机器人研究领域的一大难题。本文针对移动机器人集群系统中的路径规划、碰撞避免以及死锁预防问题进行深入研究,提出了三种适用于不同细分系统的协同控制算法,保证了系统的安全性与高效性。由于移动机器人集群系统是一个典型的离散事件动态系统,而Petri网又是离散事件系统最常用的建模工具之一。因此,本文以Petri网为建模工具,构建移动机器人集群系统模型,并据此研究基于着色Petri网的移动机器人集群系统协同控制策略。论文的主要研究内容如下:第一,对于不存在库所/变迁干涉的移动机器人集群系统,针对碰撞避免问题,文中提出了基于库所容量限制与动态优先级的分级式碰撞避免算法,通过控制库所的托肯数量以及输入变迁的激发条件避免移动机器人之间发生碰撞。针对死锁预防问题,文中提出了基于反向路径子序列的主动型死锁预防算法以及基于非环库所的被动型死锁预防算法。首先,根据死锁的成因将其分为主动型死锁与被动型死锁。其次,通过识别多个托肯之间形成的反向路径子序列,并结合托肯当前所处的库所,预防因不合理的变迁激发次序导致的主动型死锁。随后,对于因路径规划直接形成的被动型死锁,从路径规划以及控制变迁激发次序两个方面共同加以预防。最后,对于已经形成的死锁,提出一种基于中转库所的解锁策略以及中转库所的筛选算法。第二,对于存在库所/变迁干涉的移动机器人集群系统,文中首先通过对地图的栅格化处理实现库所/变迁干涉的判断。其次,为了降低栅格搜索的计算复杂度,提出了增广轮廓栅格集的概念以及基于贝塞尔曲线和移动机器人轮廓采样的增广轮廓栅格集快速搜索算法。随后,提出了基于增广轮廓栅格集的碰撞避免算法,保证在库所/变迁干涉的情况下移动机器人集群系统的运行安全。最后,提出了基于互反干涉路径子序列的主动型死锁预防算法,并基于增广轮廓栅格集改进了被动型死锁预防算法,实现了对于无法直接通过路径序列判断的死锁的预防。第三,对于无人驾驶的移动机器人与有人驾驶的车辆协同运行的混合交通流系统,文中提出了在移动机器人自身无法进行智能决策情况下的碰撞避免与死锁预防策略。首先,根据系统中各移动体的可控程度将其分为完全可控移动体、部分可控移动体以及完全不可控移动体三类。其次,基于不同可控程度移动体各自的行为与特点,提出了部分可控风险域以及完全不可控风险域的概念。最后,提出了基于风险域的混合交通流系统碰撞避免算法,以及基于可控程度和反向路径子序列的主动型死锁预防算法。本文提出的移动机器人集群系统的三种协同控制策略,均在保证了系统不发生碰撞的安全要求的基础上,通过预防死锁的形成提升了系统运行的效率。仿真实验与实际应用均证明了本文提出策略的有效性。同时,本文设计的算法均考虑了工业系统的实时性要求,具有一定的学术价值与工程意义。