本文面向RoboCup中型组足球机器人比赛,根据比赛对机器人系统提出的更高要求,在国防科技大学NuBot机器人团队五代足球机器人的技术积累上,设计了第六代NuBot足球机器人系统,并以比赛为具体应用背景有针对性地研究了该足球机器人的主动控球系统和底层运动控制问题。本文做了如下四点工作:一、设计了一种新的全向轮结构,,在此基础上设计了新的全向运动平台,包括底盘、击球系统以及控球系统在内的机器人上下层主要机构;二、设计了一种新的主动控球系统,通过对其进行运动学建模设计了一套基于滑模反馈控制器和车速前馈控制器的闭环控制方法;三、对三轮全向运动平台进行运动学建模,介绍了平台分层控制结构,根据实际需要提出了基于行为的上层自适应PD控制器,根据机器人当前决策的行为给定PD控制器的初始值,在此基础上根据期望位姿和估计位姿的偏差确定PD控制器的最终参数进而提高机器人的轨迹跟踪效果。四、改进平台的分层控制结构,将上层由位姿偏差求机器人目标速度的部分移到底层,使得底层电机码盘能够以更高的频率插补机器人的估计位姿,通过优化通信协议,采用基于CANopen协议的过程数据对象通信,提高数据传输的频率,进而提高系统运动控制的精度。通过2016年在德国举办的RoboCup中型组比赛的实践证明,本文设计的新一代中型组足球机器人在复杂、激烈赛场环境中具有优异的运动性能和可靠的稳定性,控制方法有效,控制效果满足比赛要求。