随着机器人技术的发展和智能化程度的提高,机器人拥有更加精巧的结构和更加先进的传感器技术,“聪明”的机器人在各个领域都能大显身手,小型地面移动机器人作为智能化特种机器人,具有独特的结构特点和性能优势,被广泛的应用于军事侦查、核电检测、防爆预警等领域。但不可避免的,在实际应用中仍有许多问题需要解决,例如,在非结构化环境中稳定工作和长久生存问题,特别是当机器人遇到恶劣的地形环境和无法避开的前方障碍物时,其适应环境和越障能力就显得尤为重要。本文首先详细总结概括了现阶段国内外轮-履-腿混合式移动机器人领域的研究成果,针对非结构化环境和越障条件,研制了一种新型的轮-履-腿混合式移动机器人,开发了基于飞思卡尔MC9S12XS128为主控芯片的硬件控制系统。轮-履-腿混合式移动机器人为一个对称的小型地面移动平台,主要包括一个机器人本体,四个驱动装置,四个独立的履带臂机构,两个支撑腿机构和一个轮式升降机构,在遇到恶劣地形环境及较高障碍物时,可以充分利用轮式、履带式和腿式机器人的优势和特点顺利前行并越障。其次,基于动态位姿变换矩阵建立轮-履-腿混合式机器人的质心运动学模型和机器人系统的动力学模型,针对该机器人特有的前后支撑腿结构,提出一种在非结构化环境下基于履-腿混合式运动模式的新型越障方案,并对该越障方案进行约束条件分析,得出其在翻越障碍物时的非线性关系模型。同时,基于稳定锥的分析方法,分析机器人以履-腿混合式运动模式在越障过程中的稳定性问题。第三,基于Altium Designer软件设计机器人硬件控制系统,该系统以MC9S12XS128主控芯片为基础,包含电源转换、驱动、通信等外围电路,焊接并调试完成两代硬件电路板,为硬件实验提供硬件支持。最后,在Solidworks三维建模的基础上进行轮-履-腿混合式移动机器人多模式运动、越障仿真实验,并进行样机调试实验以验证运动模式及越障方案的可行性。