在自然界中,两栖环境充满了不可测因素,是典型的非结构化环境,机器人在两栖环境中作业时往往不仅要面对陆地上高低不平的岩石和松软的沙砾,还要面对水下的暗流或浮游生物,这种独特的环境因素给传统的陆地及水下机器人带来了更高的挑战。而传统的机器人往往只具备陆地或水下一种作业能力,或在两栖环境下作业效率较低。生物海蟹作为一种浅滩两栖生物,既能够以步行足实现陆地和海底爬行,也能够以游泳足在水中游动,具备优越的两栖运动能力。本文以生物海蟹为仿生原型,通过对海蟹生理结构和运动规律的观察和分析,研制一种既能够以步行足实现陆地爬行,又能够以游泳足实现水下游动的仿海蟹两栖机器人。本文在仿海蟹机器人的结构设计的基础上,利用仿真和实验的手段对其陆地和水下运动性能进行了研究。本文在对仿生原型的充分观察的基础上,设计了具有水陆两栖运动能力的仿海蟹机器人样机。通过对生物海蟹的生理结构和运动规律进行分析,得出海蟹各部位的作用和构造。参照海蟹身体外壳、躯干及肢体的布置方式,设计了仿海蟹机器人的机体。通过对生物海蟹步行足的观察和分析,以并联五杆机构为基础设计了机器人的步行足,并对比了串联结构和并联结构在相同负载下的关节扭矩。对海蟹游泳足进行简化和提取,设计了具有三个自由度的机器人游泳足,能够在较大程度上模仿海蟹游泳足的运动规律。本文针对仿海蟹机器人步行足的运动性能展开了研究,建立了步行足并联机构的运动学和动力学方程,在此基础上,求解了单个步行足的运动空间和速度雅可比矩阵;作为仿海蟹机器人实现陆地和水下的执行单元,步行足除了要为整个机器人提供支撑以外,更重要的是决定了机器人的运动性能。论文通过ADAMS软件对机器人平面直行的运动性能进行了分析,并通过ADAMS和MATLAB搭建了整机的联合仿真平台,以转向为例对步行足的运动性能进行了验证。结果表明机器人步行足设计合理,能够满足机器人的运动要求。游泳足是机器人的主要水下运动单元,不同的运动规律可以实现不同的游动效果。论文通过计算流体力学方法分析了游泳足的水下推进性能,建立了仿海蟹机器人整机自主游动的水动力学模型,并通过FLUENT软件对机器人自主游动的游动速度、能耗等参数进行了仿真分析,同时对比了不同频率以及单翼约束时,游泳足的水动力学性能。最后对单条步行足进行了结构验证实验,确定在步行足各关节转动的流畅,以及运动过程中不会产生碰撞或干涉等问题;对机器人的水下游动性能进行了实验,将自主游动仿真和实验数据进行了对比,还对左右两个游泳足协调和交错拍动下机器人运动姿态和性能进行了对比,进一步阐述了机器人的水下游动性能。