搜救机器人作为一类特种机器人,可以协助救援人员展开搜索救援活动,代替救援人员进人危险的环境,搜索探测生命迹象和获取灾害环境信息,提高救援效率和救援行动的安全性,具有重要的研究意义和工程应用价值。本文针对当前搜救机器人环境适应能力差、搜救效率低、占用体积大、携带不便等方面的不足,研制了一种适合单人携带的多功能、多移动方式、效率高、结构紧凑的便携式模块化搜救机器人平台,具体研究工作如下:1)便携式模块化搜救机器人结构设计。基于行走机构模块化、快换式设计思想,采用钢球锁紧原理提出一种径向作用尺寸可变的快速锁紧与解锁装置。在此基础上,将轮子的缓冲减震、履带的越障、弧形腿的运动稳定性以及行走机构统一快换接口作为依据进行结构设计。完成机器人机体结构设计和整机建模装配,建立了便携式模块化搜救机器人的三维结构模型。2)便携式模块化搜救机器人多模式运动特性分析。建立了机器人轮式和履带模式的运动学模型,分析弧形腿模式下的常见步态,建立了机器人不同腿型的对角步态运动学模型。基于拉格朗日方程建立机器人轮式和履带模式动力学模型,对机器人弧形腿模式不同腿型站立过程和对角步态的转矩进行了对比分析。基于重心投影法和倾覆角对机器人弧形腿模式下的稳定性进行分析,得到了机器人静步态和动步态的稳定性条件,为弧形腿机器人的稳定控制提供理论依据。3)便携式模块化搜救机器人多模式运动控制研究。提出基于模型控制和CPG仿生控制相结合的多模式运动控制架构,根据弧形腿的运动特点,采用改进的HOPF振荡器模型构建了全连接耦合的CPG控制网络模型,利用三角映射函数将CPG网络输出信号转换为机器人关节控制信号,并通过MATLAB/Simulink模型仿真表明改变步态占空比、相位差和步态周期可以实现机器人不同步态和速度的快速平滑切换。设计完成了基于串级PID的机器人底层控制器。4)便携式模块化搜救机器人平台研制与样机实验研究。设计机器人运动控制系统和人机交互界面软件,完成了机器人样机研制和多模式运动性能实验。实验结果验证了机器人结构设计、运动特性分析及多模式运动控制理论的正确性,为相关机器人的设计提供了一种有效的解决途径,也为其他移动机器人的设计和控制提供了有益参考。