计算机科学与网络通信技术的飞速发展为机器人技术的研究及应用拓宽了道路。随着单个机器人工作任务难度的提升,多机器人系统协同控制的优势愈发明显。对多机器人系统的研究融合了机械电子、传感器技术、信息处理、计算机技术、控制论以及人工智能等多学科的研究成果,具有重要的理论研究和实际应用价值。本文基于leader-follower控制思想,对多机器人系统的路径跟随控制问题进行研究。第一章结合本课题的当前研究背景,对多机器人系统协同控制的国内外研究发展现状进行了简要介绍,进一步从代数图论、矩阵论、系统的渐进稳定及一致性理论等方面对非线性系统的理论基础进行简要介绍,并给出了相关的结论或定理,为后续多机器人系统协同控制研究提供理论依据。第二章针对多机器人系统编队控制中的队形形成、参考点选取、队形保持、编队一致性等基本问题,介绍了多机器人系统编队控制结构及通信技术,并给出了一般多机器人系统常见几种编队控制方法。第三章采用反步控制的设计思路,提出了基于反步法的跟随控制算法,使得多机器人系统能够完成预期姿态的编队跟随控制。使用李亚普诺夫直接法对受控系统的稳定性进行分析论证,并通过目标速度恒定和目标速度变化两种不同情况下的仿真实验验证了所提算法的有效性。第四章扩展了传统的单机器人的轨迹跟踪方法,设计了一种新型的双层编队控制结构来解决多机器人系统的协调控制问题。将系统控制器分成两层结构,第一层结构采用基于图论的编队控制器控制各机器人之间保持一定的偏移量,从而保持整体队形;第二层结构采用基于李亚普诺夫的跟随控制器驱动编队系统跟随虚拟领航者沿着预设的轨迹前进。最后,通过静态和动态的仿真实验验证了双层编队控制结构的有效性。第五章针对多维空间中多机器人系统碰撞问题,提出了一种基于单调系统理论的无碰撞一致性控制策略。分别对一维和多维的情况进行了分析论证,通过引入权向量的方式对系统完成了加权排序,并通过字典序列确定其唯一性,最终保证了系统可以实现的无碰撞一致性运动。最后通过不同加权序列的仿真结果验证了无碰撞一致性算法的有效性。