在发生安全事故、恐怖袭击、环境污染、自然灾害等公共安全事件现场中，经常会遇到情况不明、人员无法接近或存在高度危险的情况，因此迫切需要研制一种能够顺利进入复杂事故现场的、高机动性能侦察的移动机器人执行现场的环境探测与应急处置任务。小型移动侦察机器人可以大大减小人员伤亡，提高保障和工作效率，具有重要的社会意义和重大的经济价值。本文就是面向小型移动侦察机器人的应用特点，针对小型移动侦察机器人的关键技术、机器人环境认知与感知能力等相关问题进行理论与实验研究。　　首先根据移动侦察机器人的设计要求和工作环境特性，设计并制作了一款小型移动侦察机器人。该机器人采用带有前导臂的履带结构，具有强地面适应能力，可以轻松通过例如沙土，碎石，砖块，冰雪，草地等地表，并可以攀爬建筑物内的楼梯。该机器人采用设备级，控制级和操作级三层控制体系机构，很好地减少了各个层级之间的相互影响，提高了整个系统的层次性，易于开发和维护。另外在操作级设计并制作了远程控制端，作为人机交互平台用于操作人员远程控制机器人。同时搭载CCD摄像机、RGB-D摄像机、激光雷达、惯性测量单元等等多种传感器，用于环境感知及自身姿态感知。本文所设计的小型移动侦察机器人系统将作为以后各章内容的研究和实验平台。　　基于环境感知的自主导航技术是移动机器人研究的热点。机器人搭载测距传感器和专业核探测仪，获得一定的环境感知能力。针对现有的未知环境下自主导航任务中经常出现的局部“陷阱”问题，提出两种路径规划算法，分别为基于模糊控制的沿墙导航算法及基于自适应模糊神经网络的改进型虚目标导航方法，有效解决传统移动机器人导航策略中存在的局部陷阱问题。由于本文所设计的小型移动侦察机器人，还担负着在核化事故现场，探察地域受染情况及寻找放射源的关键任务。因此针对核事故现场寻找核辐射源问题，提出了基于高斯模型的机器人寻找核辐射源方法。　　针对基于视觉特征的机器人自定位与环境建模问题:(1)为了实现机器人对环境的逻辑定位，提出了基于图像底层特征分类的场景识别算法与基于SURF特征的语义分析模型两种算法，可用于人机交互下的机器人自主行为规划;(2)针对同步地图构建问题，提出基于单RGB-D摄像机的实时3DSLAM算法，利用图像特征与三维点云的映射关系计算6自由度(6-DOF)真实世界坐标参考点，减少数据计算量，提高了三维地图建模速度与精度。　　模仿人类大脑的智力发育过程，使机器人具有认知思维是机器人技术的最新研究方向。根据现有认知科学研究基础，基于仿人脑认知思想，进行基于自主发育神经网络的机器人环境认知能力研究，使得机器人具有认知模块及自主发育能力:(1)在对自主发育神经网络结构、LCA学习算法进行分析的基础上，将发育模型应用到机器人上，实现了机器人对自己“所见”的学习、理解和成长，机器人能够利用类人思维进行环境认知，室外自主导航及执行自主爬楼任务。(2)在普通自主发育的基础上，提出了基于单胺类神经递质调节发育算法，利用多巴胺(Dopamine)与5-羟色胺(Serotonin)这两种在脑内控制多种生理功能的单胺类神经递质理论，实现神经调节作用，减少所需神经元数量，提高算法效率。(3)针对模拟人类视觉皮层结构提高环境认知与理解能力进行研究。为了更好地模拟人的视觉的注意力选择，提出一种改进型机器人模拟生物脑的仿生认知神经网络，在有效减少数据冗余、缩短处理时间的同时，还可有效提高机器人对复杂环境中目标的认知能力。