轮腿复合机器人具有轮式移动、腿足式移动和轮腿复合式移动等多种移动方式,其优异的移动性能使其能适应复杂地形,而具有操作能力的移动机器人,能够在移动模式与操作模式间切换,进而更好地适应不同任务与复杂环境,成为移动机器人领域一个新的发展方向。基于上述背景,本文提出了具有多种操作模式的轮腿复合机器人的设计目标,其具有良好的移动与操作能力,能够适应非结构化的复杂地形并完成多种操作任务。本文围绕多操作模式轮腿复合机器人的设计目标,设计了机器人具有的多种操作形式、移动形式和支链切换形式,给出了机器人支链应满足的约束条件,并提出了多种机器人构型方案,综合考虑机器人主要应用场景、灵活性能和加工难易程度等多种因素,确定了机器人具体构型方案。对机器人进行了运动学分析,包括运动学正、反解以及速度、工作空间求解。计算了机器人的位置工作空间与姿态空间,根据姿态空间与机构尺寸的关系对机器人尺寸进行了优化。完成了对机器人的动力学分析,通过求解机器人操作部分与支撑部分的动力学耦合关系,建立了机器人自协作模式下完整的动力学模型;给出了机器人力学性能评价指标,提出了基于力学性能优化的调姿算法,并通过理论计算与仿真验证的方式证明了调姿算法的有效性,为模式规划与样机制作奠定了理论基础。完成了机器人模式规划与仿真,分析了机器人六足、四足和轮式行走步态,并给出了不同步态的切换过程;针对真实任务环境中的三类典型任务,提出了机器人的三种工作模式:移动模式、自协作模式和固定操作模式;利用V-REP仿真平台完成了机器人模式切换过程以及机器人处于不同地形下的仿真验证。基于理论计算与仿真结果,设计并制作了多操作模式轮腿复合机器人样机,实现了机器人在不同步态下的行走与操作,验证了机器人设计与理论计算方法的正确性。