多机器人系统主要针对个体机器人面对复杂问题无法有效工作的时候,由多个机器人共同协作完成任务。其核心工作方式是通过设计有效的分布式控制算法,使得每个机器人可以与其他机器人进行信息交互,从而协作完成特定的任务。由于实际系统中都包含非线性成分以及通讯中断等情况,进而导致拓扑结构变化,所以对于具有拓扑结构变化的非线性多机器人系统的研究具有理论和实际价值。但是,该类系统研究难度较大,目前,同时考虑非线性和变拓扑结构的多机器人协同目标接力追踪系统研究成果尚有不足,因此,本论文包括以下主要研究内容:(1)本文中充分考虑传统一阶滑模控制算法响应速度快,鲁棒性强的优势以及容易实现等特点,设计了多机器人协同接力目标追踪分布式滑模控制器,给出了分布式控制器参数的约束条件,利用切换技术的平均驻留时间方法解决了接力追踪系统中误差跳变带来的稳定性分析问题,仿真结果表明所设计的分布式控制协议是有效的,相比经典的分布式控制算法而言缩短了追踪时间,提高了追踪效率。(2)针对扰动作用下的二阶非线性多机器人系统,考虑到自适应控制能有效抑制扰动,所以利用滑模控制与扰动作用下的自适应控制来联合设计分布式控制协议,其中包括自适应律在线估计扰动上界。使用基于平均驻留时间的多Lyapunov函数法得到了多机器人接力追踪子系统与包含追踪误差跳变的整体追踪系统的稳定性充分条件,最终仿真结果表明所设计自适应律可以有效抑制扰动,所设计控制器可以实现对目标的成功追踪。(3)考虑到二阶非线性多机器人系统复杂性,很多时候要求系统在有限时间内完成工作任务,本文利用包含高阶滑模的有限时间控制算法进行分布式控制器设计,所设计的高阶滑模控制算法的切换项包含在控制器的导数中,因此控制器由之前的不连续变成积分之后的连续控制器,在一定程度上可以有效抑制抖振。采用改进的非奇异终端滑模控制器实现多机器人系统的有限时间控制,在消除奇异性的同时可准确估计有限追踪时间,同时应用Lyapunov函数法对子系统与整体系统进行了稳定性分析。最终的仿真结果也表明多机器人系统能够在有限时间内实现对目标的追踪。(4)搭建基于视觉定位的多机器人协同目标追踪实验平台,其中包括视觉定位系统的设计与优化,以实时获取多个移动机器人的准确位置;以及移动机器人的硬件选型设计与基于ROS框架的软件设计。根据实际参数,在多机器人系统上进行基本分布式滑模控制器的实验验证,从而验证多机器人系统追踪误差在已设计分布式控制协议下可收敛到零,并获得多机器人系统最终趋于稳定的追踪特性。