本文研究的重点是煤矿机器人在未知环境下组合导航的理论及实验。通过对煤矿环境结构的深入研究,归纳出煤矿井下机器人工作环境的21种典型结构。针对煤矿系统总体尺度与机器人周围环境尺度差别巨大的特点,本文以粒计算理论为工具采用混合建模的方法构建了煤矿机器人环境模型；研究了煤矿典型结构的激光雷达特征,并确定了识别方法；研究了惯性系统对机器人姿态的测量方法,并提出对工作环境姿态的识别方法；提出了基于激光雷达和惯性传感器组成的慎思型自主导航系统,并分析了其工作原理及其同反应式导航模块的协调机制。本文提出了基于可行方向的组合导航方法,其中可行方向具有贯穿煤矿系统三层模型的重要特点,兼顾了导航系统的效率和稳定性。建立了以特征识别和姿态识别为核心,以粒计算理论为手段的自主决策系统。地面实验和全尺寸仿真环境实验的结果与本文理论分析吻合。