足球机器人是一种在高动态的对抗环境下工作的移动机器人,是研究多智能体协作与控制的高科技平台。足球机器人的研究能够推动和提高机器人学、人工智能等相关领域的发展和应用,具有重要的科学意义和应用价值。本学位论文以小型足球机器人为对象,研究模块化设计思想在小型足球机器人设计中的应用和小型足球机器人的运动控制问题。所做的主要工作及取得的研究成果如下1.模块划分数值方法的研究。提出了基于内聚度的最优模块划分方法,具有将传统的模块划分这一高维非线性的组合优化问题转化为在一维空间内寻优的优点。在该方法中,给出了改进的量子粒子群算法用于内聚度约束值的优化。运用所提方法,快速高效地获得了ICrobot小型足球机器人的能满足实际需求的低耦合、高内聚模块。2小型足球机器人带球模块机构的设计。通过对带球模块机构和小球进行力学分析,得出影响带球模块机构带球稳定性的因素,在此基础上,完成了一个小型足球机器人带球模块机构构型的创新设计和相关零部件参数的确定。设计结果表明,与传统带球机构相比,新型带球机构具有更好的带球稳定性。3.小型足球机器人运动模块组合和运动控制的研究。根据小型足球机器人的角色功能要求,给出了其运动模块组合方案。针对小型足球机器人的运动特点,提出了基于PID控制的非故障状态下小型足球机器人的运动控制策略；针对小型足球机器人运动模块在比赛中容易发生故障的实际情况,提出了一种基于概率神经网络的小型足球机器人运动模块故障诊断方法,并在此基础上给出了故障状态下小型足球机器人的容错控制策略。数值模拟结果表明,所提故障诊断方法具有较高的整体正确率,考虑故障状态的运动控制策略具有较好的实时性和准确性。本学位论文借助于ADAMS软件完成了运动学及力学分析,采用MATLAB软件完成了相关算法的仿真和数据处理。