Задачка у вас сложная
"IP-адрес, система, браузер" - вы на правильном пути. Есть такой прямо научный подход:
http://panopticlick.eff.org/
Но готовых решений этим методом "из коробки" я не видел. Непростое это дело видимо.
Если рассматривать задачу голосования, то куки однозначно удобней всего. А тех у кого нет кук (выключены, робот) можно вообще не пускать голосовать.
Защититься в интернете от роботов очень сложно. Если уж кто-то толковый поставит задачу накрутить голоса, то накрутит. Ведь и IP подменить (используя бесплатные прокси), и User-Agent по списку подставлять - все можно.
Как крайняя, но очень надежная, мера - заставлять решать капчу что бы проголосовать.
Можно еще какие-нибудь методы скрытой проверки применять. Делая вид что все голоса учитываются, помечать те которые выглядят подозрительно. После завершения голосования их отсеять.