在边境监视、目标检测、跟踪、搜寻、救援等军事和民用方面，空地机器人协作系统越来越发挥着重要作用。由于视野范围广且内置GPS，无人机能快速定位地面目标，但是定位准确度还不够。地面移动机器人虽能准确感知距离目标，但是视野不及无人机广泛。所以空地机器人协作系统结合了两者各自的优点，实现协同工作，最终完成任务。本文以协作避障系统为主要研究点，对空地机器人系统的工作方法进行了深入的研究，主要内容包括以下几个方面：（1）地面机器人的检测和定位方法的研究。由于受到亮度影响，一些简单的检测方法失去了作用，文中采用了基于YCbCr颜色模型分离的目标检测方法。首先分离色度图像Cr，然后进行图像处理。实验表明该方法有效可行。目标定位做了模板匹配算法和基于椭圆最小二乘代数拟合方法研究。前者采用模板匹配，标记出目标中心点。后者对边缘点进行椭圆拟合，确定出椭圆中心，即目标中心点。（2）四旋翼无人机的检测、定位方法的研究。无人机的检测采用了是无添加合作目标特征的检测方法和基于合作目标特征的检测方法。后者设计了易于识别的目标特征，采用五个相同球体，分别固定在四个旋翼的相同位置。目标特征从图像上显示出五个圆形，易于检测和定位。采用几何知识对目标中心进行了图像定位，再利用图像坐标系到世界坐标系的关系，实现对飞行机器人的3D定位。（3）基于传感器感知的协作避障方法和基于轨迹拟合的位置预测方法研究。基于传感器感知的行为协作避障方法是在无人机检测出障碍物后，飞行姿态会相应调整，地面机器人感知到无人机姿态变化的信息后进行避障运动。基于轨迹拟合的位置预测方法是建立一个逼近机器人运动轨迹的二次函数，对地面机器人下一时刻位置的进行预测。实验结果表明，地面机器人在四旋翼无人机的指引下，采用基于行为的协作避障方法合理有效。