由于火灾、地震等灾害的频繁发生,在结构化环境中执行救灾任务对救灾作业机器人系统提出了更高的性能要求。轮式移动作业机器人（Wheeled Mobile Manipulator,WMM）由于兼具优越的移动性能和良好的作业能力而在救灾工况下起着越来越不可替代的作用。机器人在未知环境下执行开门、旋拧阀门等救灾任务时存在诸多共性问题,包括系统运动和目标定位精度低、关节力矩约束、机器人末端-环境几何/力耦合约束以及避障约束等。因此,救灾作业的实施面临提高系统运动精度、增强末端力输出性能、克服救灾环境多物理约束和躲避障碍物等实际困难,对WMM运动控制算法设计提出了挑战。车-臂协同可通过冗余分解优化WMM的位形,在不影响主任务的前提下完成多种次级作业指标;柔顺控制具有较强的约束空间作业适应性,可以通过补偿系统运动和目标定位误差来提高WMM的作业性能;遥操作集成了遥视、遥信和虚拟现实等技术,可使操作者能够远距离操控机器人系统,进而融合人类决策能力减小/消除作业误差和环境障碍物的影响。本文在建立融合移动平台约束的WMM系统模型基础上,寻求能够有效提高作业系统性能和抑制环境干扰的方法,基于车-臂协同位形优化、柔顺控制和遥操作解决救灾任务难题。为实现对WMM系统的运动控制,建立其精确的运动学和动力学模型至关重要。融合安全作业需求,以柔顺作业为目标设计了基于三虎克铰并联结构的柔顺末端执行器,并结合容差分析构建其运动学模型。考虑完整约束和非完整约束移动平台的基本特点,建立了WMM系统运动学模型。基于虚拟分解控制（Virtual Decomposition Control,VDC）提出了考虑末端约束的WMM动力学建模方法。该方法通过将复杂的WMM系统虚拟分解为若干个子系统,建立各子系统动力学模型并以迭代方式获得整机动力学模型,由此避免了直接构建WMM动力学模型遇到的系统耦合问题。为提高WMM系统的作业性能,结合其冗余特性开展了车-臂协同位形优化研究,包括WMM冗余分解策略和多目标优化车-臂协同方案设计。机械臂的运动精度一般高于移动平台,以移动平台运动最小化为目标,提出了考虑移动平台运动约束的末端轨迹跟踪精度优化方法。面向WMM执行高负载救灾作业的难题,提出了考虑机械臂关节力矩约束的力/位双目标优化方法,确保WMM可在维持高运动精度前提下以最优位形执行高负载任务。通过与外部运动捕捉系统得到的位姿数据进行实验对比,验证了所提出方法的可靠性和有效性。基于搭建的WMM模型,通过VDC理论设计了WMM关节空间和笛卡尔空间自适应控制器,同时证明了该控制系统的稳定性。并在此基础上提出了面向救灾作业的WMM主被动柔顺控制方案。针对开门任务力约束问题,基于非线性扰动观测器设计了WMM末端力/力矩估计方法,并结合四元数姿态规划设计了考虑救灾环境车-臂双轨迹跟踪的主动柔顺控制方法。考虑旋拧阀门任务几何/力双约束问题,为减小由WMM末端-对象间位姿误差引起的非必要末端输出力,在分析WMM末端与作业对象接触类型的前提下融合主动柔顺和被动柔顺末端执行器提出了主被动协调柔顺策略。基于搭建的模拟救灾开门和旋拧阀门任务场景,分别以四轮完整约束WMM系统和双轮非完整约束WMM系统验证了所提出方案的可行性。针对未知救灾环境中的WMM遥操作问题,分别设计了融合主被动柔顺的单主端切换双边遥操作和基于任务优先级框架的双主端三边遥操作方案。为尽可能减小操作者远程操控WMM的难度,通过划分主端机器人作业空间实现了单主端切换控制从端机械臂和移动平台的目标,并结合主被动柔顺实现了单主端遥操作WMM执行救灾任务。为满足实时避障需求,基于任务优先级框架提出了双主端同时控制从端WMM末端和移动平台的三边遥操作策略,保证了主从端系统间良好的位置跟踪性能和力透明性。并对所提出的三边遥操作方法分别进行了无/变时延工况下的稳定性分析。最后基于搭建的模拟救灾任务环境,对所提出的双边遥操作旋拧阀门和三边遥操作开门方案进行了实验验证。