机器人技术飞速发展,在很多场景下已经逐步替代人类工作。对于某些大规模复杂任务的应用场景,合作多机器人系统的工作效率优于单机器人系统。为单机器人编程构建控制系统比较困难,为多机器人编程就更加如此。原因主要有以下三个方面:机器人软件的可重用性难以保证,单机器人自主行为协同机制比较复杂,多机器人任务合作机制难以实现。ROS是支持机器人软件模块化的平台,集成了丰富的可重用开源代码包。包容模型基于经典的反应式多主体理论,采用分层控制思想,可以应用于自主机器人行为协同。ALLIANCE模型是包容模型向多机器人的一个自然的扩展,可以应用于合作的多机器人任务协同。本文的开发框架融合包容模型,支持单机器人自主行为协同。基于包容模型中的分层控制理论,封装了包容模型的基本控制元件,提供了模板化的模块内行为描述和模块间通信机制。本文应用开发框架,设计并实现了单机器人自主漫游和安保巡逻两个应用案例,在仿真和实际环境中进行实验,验证了框架对于单机器人自主行为协同机制的支持。本文的开发框架融合ALLIANCE模型,支持多机器人合作任务协同。基于ALLIANCE模型中的动机行为理论,封装了多机器人任务协同元件和消息流控制元件,提供给用户方便易用的API,方便地构建多机器人系统。本文应用开发框架,设计并实现了多机器人安保巡逻应用案例,在仿真和实际环境中进行实验,验证了框架对于合作的多机器人任务协同机制的支持。最后,本文通过对开发框架原型实现的底层执行机制和应用案例的实验效果进行分析,发现了框架原型在底层执行效率和通信效率等方面的不足。在模块基本模型、模块执行机制、模块间通信以及模块组织方式四个方面对框架进行了优化,并利用优化后的机器人行为协同开发框架,重构应用案例,进行性能对比实验,通过对CPU占用率、内存占用率、线程数、进程数、通信代价等方面的实验结果分析,验证了优化后的框架在性能和可用性上的提升。总的来说,本文研究了单机器人自主行为协同机制和多机器人任务协同机制,并将其与ROS融合,设计并实现了机器人行为协同开发框架,具有鲁棒性、容错性和可扩展性。用户可以重用ROS丰富的开源包,应用框架来构建单机器人和多机器人控制系统,