近年来多发的自然灾害、人为的恐怖活动、有毒物质或辐射性物质扩散所带来的污染与危害,严重影响着人们的生命安全。灾难发生后,需要第一时间进入现场进行信息探测,但出于人身安全保证,人员往往难以进入现场获取灾情信息,从而无法及时采取有效的救援措施。针对该类探测需求,本文依托国家科技支撑计划课题“远程快速布设的多机器人灾难信息探测系统”,重点研究能够抵抗落地碰撞冲击、低成本、小体积的移动机器人系统,适用于由飞机携带、在指定区域进行空中大量抛撒的快速布设方式,微小型机器人着陆后以群体方式进行现场多种信息的采集与传递,为采取救援措施提供前端的信息参考。本论文的选题具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以微小型地面机器人为研究对象,围绕机器人落地冲击缓冲技术、基于低成本传感器的定位技术和资源受限的微小型多机器人系统协同控制技术等几个方面展开工作,旨在研究面向灾害应急、可空中快速布撒的微小型多机器人系统的基础理论和共性技术,提升和发挥微小型多机器人系统的应用优势。本文的主要研究内容和取得成果如下:首先,综述及分析了国内外可快速布设的机器人系统以及多机器人系统控制的研究现状,并对相关研究的发展趋势和存在问题进行了总结。然后结合机器人具体的应用场合和任务需求,对通过空中抛撒、远程布设的微小型多机器人系统的关键技术进行了分析,并阐述了本文主要的研究内容。其次,针对空中抛撒的布设方式所引起的机器人落地碰撞冲击问题,开展了机器人全向抗冲击机构的研究,并设计了自动分离式轴向减振器,用于改善机器人着陆的受力环境和减小机器人工作负载。然后基于有限元动力学分析方法,对缓冲机构关键参数进行了优化分析,进而对机器人抗落地冲击性能进行评估。第三,定位问题是微小型多机器人系统控制研究中基础而重要的问题,但对于可通过飞机大量抛撒的微小型机器人系统,对体积和成本有严格的限制,为了克服现有定位方法成本较高、速度较慢等不足,设计了基于低成本、低功耗传感器的机器人全局和相对定位系统,既满足了机器人的硬件资源要求,又为微小型多机器人在未知环境中的协同运动控制研究奠定了实现基础。第四,根据机器人快速部署后前往目标区域的需求,并结合机器人实际应用环境和硬件平台的特殊性,首先设计了能够快速、动态调整队形的多机器人阵型结构,并针对多机器人系统在未知环境中的协同避障问题,提出了基于机器人局部感知和环境约束的队形动态变换避障运动策略;然后为了保证领航机器人可以通过相对测量顺利驶出未知障碍区域,提出了基于动态极限环方法的局部避障路径规划方法;最后根据机器人运动学模型,提出了一种基于动态面滑模控制的机器人轨迹控制算法,提高了编队控制的鲁棒性,同时弥补了反步法过程中的“微分爆炸”问题,实现了控制算法的简化。最后,设计了适用于低成本、低功耗、小体积移动机器人的控制系统体系结构和硬件实现。基于微小型机器人原理样机搭建实验平台,完成了对机器人缓冲性能的实验评估,并通过多机器人的队形保持、队形变换和协同避障运动的物理实验验证了本文所提的控制算法的有效性。