履带式移动机器人在灾场搜救、星球探测、军事勘察和反恐防暴等非结构环境领域得到了广泛应用。鉴于该类机器人广阔的应用前景及技术上的挑战性,使其已经成为机器人领域的研究热点和难点。如何提高履带式移动机器人在复杂环境中的越障稳定性、全地形通过性和抗振抗击性等,目前则成为与该机器人相关的研究关键和前沿问题,也是涉及该类机器人能否成熟应用的根本问题。因此,本文提出了一种具有新结构的关节式履带可变角度的移动机器人,并对机器人履带与地面相互作用机理、质心运动学及动力学建模、越障动作规划、典型地形越障稳定性分析和基于多传感器信息融合的避障技术等方面展开了深入研究。论文首先提出一种关节式双履带可变角度的移动机器人机构的实现方法,采用该技术方法的机器人本体通过旋转关节来连接前、后两部分,当机器人遇到台阶、楼梯等障碍物时,前、后两部分可通过旋转关节的相对运动来调整机器人的本体姿态,从而使机器人具有良好的全地形通过性和越障稳定性。针对机器人越障时履带容易发生松弛或脱落的问题,又提出了一种履带压紧被动伺服调节方法,该方法巧妙利用关节动作时履带变角度所产生的力之间的相互作用关系,使履带上的齿在履带运动过程中能很好地啮合在带轮上,从而有效地避免了上述问题的产生。针对机器人与地面的交互问题,建立了基于计算地面力学的履带与地面相互作用数学模型,将机器人履带分为驱动轮履带、从动轮履带和中间空载履带三部分,根据其对地面加载、卸载、再加载的工作过程进行了深入的分析,推导了不同的数学模型,并通过整合给出了较完整的履带模型。此外,研究了履齿结构参数对履带牵引力的影响,分析了多种路面对履带牵引参数的作用机理和影响规律。针对质心位置在机器人越障过程中所起到的关键性作用,建立了基于机器人运动学和质心坐标公式的质心运动学模型,利用该模型讨论了机器人跨越台阶的越障动作规划、质心位置、机器人仰角及前壳体摆角对机器人越障性能的影响,导出了机器人跨越垂直障碍的最大越障高度计算公式。此外,机器人在越障过程中会不断地调整前部壳体的姿态以适应地形的变化,此时机器人的质心位置也会发生变化,从而影响机器人越障的稳定性。针对上述问题选择了机器人攀越二维崎岖地面、斜坡和楼梯三种典型地形为研究对象,对机器人越障时的静态稳定性进行了研究和分析,建立了基于牛顿欧拉法的机器人越障动力学模型,并给出了机器人移动平台与楼梯台阶一点、两点及三点接触时的动态稳定性判别方法。针对履带式移动机器人复杂、恶劣的工作环境,构建了基于多传感器检测和信息融合处理的机器人避障系统。通过分析机器人差速移动运动学模型,以及超声波测距传感器、红外传感器测距原理和电子罗盘测角原理,提出了基于扩展卡尔曼滤波的多传感器信息融合方法和基于模糊神经网络控制的机器人避障算法。最后将该关节式双履带移动机器人进行了几种地形上的通过性实验、越障稳定性实验、复杂地面适应性实验和避障实验等,实验表明了论文的理论分析、技术方法和手段的正确性。