轮腿混合四足机器人既能够像车辆一样快速移动,又能够像四足动物一样通过崎岖地面,具有很好的应用价值。设计一种能够在迈步行走、有动力轮的车辆式移动、无动力轮的旱冰式滑行三种运动模式间转换的轮腿混合四足机器人,将大大拓展其应用领域。针对已有轮腿混合四足机器人机械腿普遍采用固定的串联或并联机构,很难找到一组尺度参数使其各种机构学性能同时最优的问题,通过对机械腿的机构进行变胞运动副改进、变尺度构件改进设计,使其变成具有变胞、变尺度能力的机械腿,可以根据实时用途的需要改变机械腿的自由度特性和机构学最优性能,从而提高轮腿混合四足机器人应用的灵活性和环境适应能力。根据轮腿混合四足机器人及其机械腿的功能需求,采用具有6个自由度的3-UPS并联机构作为机械腿的初始构型,并对机械腿的运动副、构件进行布局和设计。通过对机械腿3-UPS机构进行机构学建模,得到其工作空间、运动学、静力学、动力学特性,并定义各种机构学特性的评价指标,揭示机械腿的尺度参数与各种评价指标之间关系。对3-UPS机构机械腿的奇异性进行分析,表明其奇异工作空间区域非常小、出现奇异位姿的可能性也很小。在4维空间模型内对机械腿的尺度参数进行综合优化分析,确定一组兼顾各种机构学性能的具体尺度参数值,并设计基于3-UPS机构机械腿的虚拟样机,在仿真软件中对虚拟样机进行机构学验证。提出通过变胞、变尺度结构改进设计,使机械腿能够根据需要改变自身的机构构型、自由度数目和类型、最优机构学性能的方法。通过此方法对机械腿3-UPS机构进行改进,提出一种变胞、变尺度机械腿,并在机构学分析的基础上研制出实验样机,深入探讨实验样机的变胞变换能力和变尺度特性。根据轮腿混合四足机器人及机械腿的用途,建立变胞、变尺度机械腿的变胞规则和变尺度规则。基于变胞、变尺度机械腿,提出一种轮腿混合四足机器人整机设计方案,建立机器人整机的通用机构学模型,在机构学性能分析的基础上,确定整机的关键尺度参数。对机器人处于迈步行走模式的步态进行规划,提出一种专门适合该机器人结构和用途的连续静态平衡步态,并通过软件对该步态的可行性进行仿真验证。深入研究机器人的电机故障包容性,提出一种机器人整机及其机械腿的电机故障包容性处理方法,通过变胞变换来规避故障电机,从而提高机器人的故障包容能力。建立机器人在无动力轮旱冰滑行模式的运动可实现条件,并通过仿真验证实现条件的正确性。为了对机械腿的变胞、变尺度改进方法的合理性进行验证,设计并搭建起一套综合控制实验系统,提出一种基于2台标定工业机器人双重校准的机器人标定方法。设计出机械腿的实验样机电气控制硬件结构,基于电气构架编写机械腿的综合实验系统软件和控制界面。通过变胞、变尺度机械腿的标定实验测量位置误差,对实验样机进行误差补偿,有效提高实验样机的运动精度。上述研究为轮腿混合四足机器人的设计提供了新的思路,同时,也为探索构型、性能实时可变机构提供了方法和依据。