面向国家科考战略需求,研究适应南极复杂地形移动式科考车辆对实现南极冰盖内陆科考有重要意义。本文以一种肢腿履带足式科考车辆为研究对象,该车辆由固定台、设置于固定台的六组肢腿部件及其末端的履带足部分组成。肢腿部件设计时,不仅需要考虑因肢腿末端履带足重量对肢腿部件结构强度和受载变形的影响,还需极端环境下风阻对肢腿部件乃至整车功耗的影响。对此,本文对这种六肢腿履带足式车辆开展了肢腿动力学理论与仿真研究、各工况下肢腿受载应力变形研究,并在此基础上对肢腿部件完成了多目标优化设计。主要研究如下:首先,分析了六肢腿履带足式车辆肢腿部件的构型,建立了基于拉格朗日函数的科考车辆的单条肢腿抬起过程的动力学模型,推导出上、下肢腿、履带足的质心位置、速度、动能及势能的方程,据此,建立了上肢腿与下肢腿关节驱动力数学模型,确定肢腿在极限抬起时一、二级电动推杆所需驱动力函数。其次,建立跨越冰裂隙、爬台阶、30°坡抬侧腿和极限抬腿等四种典型工况时六肢腿履带足式车辆动力学模型,并进行动力学仿真,分析各工况下铰接点受力变化情况与最大受力工况,揭示出肢腿关节角速度与角加速度变化对肢腿铰接点的受力的影响规律,据此,研究极限抬腿工况下肢腿履带足系统的运动特性,求得了履带足空间运动极限位置,为肢腿运动规划提供参考依据。研究六肢腿履带足式车辆在上述四种典型工况时,主要承载部件上、下肢腿的强度数值模拟,得到各部件应力、变形分布云图,发现爬台阶工况中支撑肢腿应力最大,30°坡抬侧腿工况中载荷参考点位移最大;并完成了上、下肢腿进行模态仿真与试验对比分析,为肢腿结构优化提供参考依据。提出一种基于合作博弈的肢腿部件多目标优化设计方法,将肢腿最小变形、行驶最小功耗多目标优化问题转换为博弈问题,通过建立基于合作博弈理论与粒子群算法相融合的博弈-粒子群方法寻求肢腿结构特征参数最优解,与粒子群算法对比结果表明,肢腿部件采用该方法优化后单位功耗内抗变形能力提升高1.3倍。