机器人作为一种集成了多项先进技术的高级工具,正在对人类社会产生越来越广泛的影响。在工业领域,机器人已经极大地提高了生产效率并将继续下去;在服务领域,机器人正在快速的改善人们的生活质量;在军事领域,机器人可能将会改变未来战争形态。相比于工业机器人,移动机器人灵活机动,可以执行更加丰富的任务。单个移动机器人携带的资源有限,其执行任务的能力受到限制。研究多移动机器人协作系统,实现资源互补,可以显著增强系统执行任务能力,远远大于多个移动机器人的线性累加。陆地机器人可以获得详细的地面环境信息并执行任务,空中机器人可以获得大范围的三维空间环境信息,为陆地机器人执行任务提供全局参考。因此,研究陆地和空中机器人协同控制具有重要意义,在搜索、救援、侦查、巡防、勘探等领域具有广泛应用。陆地和空中机器人协同控制问题属于异构多智能体系统(Heterogeneous multi-agent System)研究范畴。本课题设计的陆地机器人是一辆电动两轮无人车,空中机器人是一架电动四旋翼无人飞行器。本文主要工作在于设计并实现了陆地和空中机器人协同控制系统,可以作为异构多智能体协同控制算法验证平台,并基于领航者法实现了编队控制。首先就多智能体协同控制理论基础进行介绍,为下文研究奠定基础。准确测量系统状态、正确建立系统数学模型、合理设计系统控制器是设计机器人控制系统的关键,系统状态量的测量是一切工作的基础。因此,本文详细介绍了广泛用于移动机器人状态测量的低成本航姿参考系统的设计与实现,提出了简便高效的快速现场标定方法和适用范围更广的非线性互补滤波器,通过实验测试了低成本航姿参考系统的准确性。然后,分别建立了陆地机器人和空中机器人数学模型并设计了位姿控制器。将陆地机器人控制过程合理分解,方便的实现了陆地机器人的位姿控制。在建立空中机器人动力学模型的过程中考虑了执行机构动态过程和空气动力学效应,根据空中机器人的动力学特点,设计了串级控制器,采用反馈线性化的方法,设计了带有前馈控制的PID控制器,通过实际飞行实验验证了所建立的数学模型和设计的控制器的有效性。最后,建立了基于领航者法的陆地和空中机器人编队运动数学模型并设计了编队运动控制器,采用视觉传感器直接测量陆地和空中机器人相对位置,通过线性互补滤波器进行信息融合,用融合后的相对位置进行编队控制实验,实验结果表明陆地和空中机器人可以按照期望的编队进行运动,验证了平台的可用性。