轮式机器人的移动能力在耗能及运动效率方面均有其特有的优势,可以实现原地旋转以及任意半径的转向,具有更加灵活的移动性能,并且采用不同的车轮,即异形轮,可实现不同的运动前行方式,以增强对不同环境的适应性。针对越障能力,异形轮的越障能力与腿式、跳跃式等其他运动方式相比,往往受自身尺寸的限制较大,且越障能力表现不佳;经过比较,在移动运动方式中,越障能力效率最高的模式为弹跳运动。本文将设计一种小尺寸范围内的变结构两轮自平衡机器人,作为用于极端环境下的探测和巡检样机的课题研究,并且为提高该轮式机器人的越障能力,将轮式运动与弹跳运动进行结合,即设计一种变结构两轮弹跳机器人。该变结构两轮弹跳机器人的设计与实现,主要涉及两个层面:弹跳运动的结构设计和轮式弹跳机器人的控制系统。弹跳运动的主要结构包括两部分:具有急回特性的储存-释放能量机构和弹跳执行机构,前者用于弹性元件的能量储存和瞬间释放,以便机器人获得弹跳所需的初加速度和初速度,后者用于作为弹跳机器人的执行机构,与地面直接接触作用。本文将主要从仿生学的角度对弹跳机器人的弹跳机理进行研究分析,进行弹跳式两轮机器人的结构方案设计,并从理论和运动仿真上分析比较各个方案的可行性,具体方案内容如下:(1)整机结构设计遵从于车体重心位于车轮轴以下的原则,从而依靠自身结构实现平衡,继而将腿式与轮式进行结合,实现轮式小车的弹跳运动;(2)整机结构为“倒立摆”模型,依靠控制算法实现平衡,腿式与轮式相并联,设计一组齿轮传动系统及拉线结构,实现前进模式与弹跳模式之间的切换,并采用一种新型的丝杠螺母机构与四杆机构实现弹跳功能;(3)整机结构为“倒立摆”模型,依靠控制算法实现平衡,腿式与轮式相串联,设计一组带有缺齿轮的齿轮系实现四杆机构的压缩与释放,从而实现弹跳运动。通过对三种方案仿真结果及理论分析结果的比较,选择了轮、腿串联式“倒立摆”模型的方案,完成动力学建模,控制系统的搭建与样机的制作,和样机实验测试,最终实验结果显示其越障尺寸约达自身高度的60%,验证了弹跳方式有效地增强了轮式小车的越障能力。