水陆两栖机器人具有水、陆及水陆过渡环境的通过性能,可广泛应用于灾后救援、环境监测、军事侦察等领域,已成为机器人的研究热点。现有研究多着眼于两栖运动功能的实现,而针对机动性能的探讨相对较少。本文针对两栖机器人结构复杂、速度小、机动性低、环境适应性差等问题,提出一种基于陆地弧形腿、水下平直蹼的旋转式复合推进机构,通过结构设计、运动特性分析、样机试制及实验研究,实现了大速度、高机动性、良好环境适应性的两栖机器人。论文具体研究工作如下:（1）水陆两栖机器人总体设计。基于现有水下、陆地推进机制复合方案的对比分析,提出一种基于陆地弧形腿、水下平直蹼的旋转式复合推进机构。针对两栖机器人的运动需求,设计了“电机-弹性联轴器-输出轴”传动方案、多种密封方式融合的密封方案、分层递阶式硬件系统、底层运控软件系统。研究结果表明:旋转式复合推进机构能够实现陆地弧形腿、水下平直蹼的集成,且结构简单、变形快捷。（2）水陆两栖机器人陆地运动特性分析。针对陆地环境适应性需求,规划了适应于平地的三足步态、适应于斜坡的六足步态以及转弯步态。基于运动学模型,分析了支撑相角度、周期与移动速度、质心高度、转弯角速度的关系。基于动力学模型,分析机器人陆地运动过程所需驱动扭矩。研究结果表明:增加支撑相角度、减少运动周期可以提高直线运动速度、转动角速度,但会增加质心波动、扭矩需求。（3）水陆两栖机器人水下运动特性分析。针对水下运动的机动性需求,规划了前进/后退、上浮/下潜、姿态调整等传统步态以及横向平移、斜向平移等新型步态。构建水下动力学模型,分析了摆动角度、周期对机器人运动速度、姿态的影响,进一步提出优化扑水面积、摆动曲线的水下高速推进策略。研究结果表明:两栖机器人可实现水下全方位直线运动、全姿态转向运动,具有良好机动性。增加摆动角度、减少运动周期以及高速推进策略可以提升水下运动速度。（4）机器人样机搭建与实验研究。设计并制造了适应于水陆两栖环境的复合推进机构,搭建了水陆两栖机器人样机。开展了复合推进机构性能、陆地运动性能以及水下运动性能测试实验。实验结果表明:复合推进机构能够实现弧形腿、平直蹼的集成,在两种状态间转换快速稳定,仅需0.27s。两栖机器人能够适应泥地、沙地、草地、斜坡、楼梯以及崎岖地形,陆地最大速度为0.7m/s,最大转弯角速度为47.9°/s,最大爬坡能力为30°,最大越障高度为170mm。两栖机器人在水下可实现全方位直线运动、全姿态转向运动,具有良好的机动性,水下最大速度为0.4m/s。