随着多机器人系统越来越广泛的应用，多机器人协作也受到了越来越多学者的关注，它是多机器人系统中一个关键部分，直接关系到系统完成任务的效率、成本和优劣。足球机器人系统是一个极富挑战性的研究平台，它融合了实时视觉处理、无线通讯、多机器人协作等多个领域的技术。机器人足球环境下的多机器人协作可以应用到很多领域中，具有重要的意义。本文以RoboCup中型机器人作为研究对象，分别从机器人自身系统和多机器人协作系统两个方面进行了研究，主要研究成果如下：首先，研究了中型机器人的软硬件体系结构问题，针对实时比赛的要求，提出了万向轮机构的设计方案，大大改进了传统两轮机器人结构，动作反应更加灵活，该机构能够很好的适应节奏越来越快的比赛；针对万向轮机构，设计了3节点的底层电机控制系统，它可以通过串口与上层笔记本电脑快速通讯，能够很好的实现实时工作要求；针对机器人射门时击球力量和速度的问题，设计了一套电机驱动的舌形弹簧射门机构，机械结构简单，占用空间体积小，控制电路简单，较好的满足了比赛中实时射门的要求。其次，研究了足球环境下的多机器人控制体系结构的问题，提出了协作规划层、协调规划层和行为控制层三层体系结构。在协作规划层中，通过对静态分区和动态分区策略的比较，设计了Robocup中型机器人组比较实用的基于本垒的静态分区策略；分析了多机器人的队形控制，针对不同的比赛情况设计了相应的队形，并运用Petri网建立了模型；在协调规划层中，分析了角色转换的原理，并建立了相应的Petri网模型；在行为控制层中，设计了机器人的基本动作、技术动作和战术动作，并给出了相应的程序实现。此外，还运用Petri网理论建立了传球模型、后卫模型、守门员模型和前锋射门模型。针对Petri网模型的冲突和死锁问题，分别提出了动态角色分配协议和可达标识图的解决方法，并进行了仿真验证。