近些年,移动机器人发展迅速,其应用场景从工业界向安防、物流、医疗、家庭及军事等领域不断拓展。针对大量应用中面临的挑战性难题,科研人员也从多个角度开展创新研究,例如环境适应性结构设计、机器人动力学建模、先进控制器设计等,提升移动机器人的性能,从而适应复杂多变场景的应用需求。为了使移动机器人兼具运动灵活性和良好的环境适应性,本文设计了一款新型的双体变结构移动机器人,并通过对该机器人建模和控制器优化设计,实现对机器人精准操控。论文的主要创新工作内容如下:一、本文设计了一款新型的基于麦克纳姆轮的双体变结构移动机器人。首先完成了变结构机器人的主要机械结构,并对麦克纳姆轮的排列方式进行受力分析。然后介绍传感器及核心电子部件选型,并设计各部件在机器人电控系统中的集成部署方式。接下来设计了机器人电控系统的两种工作模式:无线手柄遥控模式和上位机控制模式。最后设计了机器人与上位机之间的通信协议,并通过透明传输确保数据传输准确可靠。二、分析推导出变结构机器人的运动学模型,然后依据麦克纳姆轮建模和连杆结构建模方法,对机器人的动力学进行了分析,推导出变结构机器人的动力学模型。最后,进行了机器人直线轨迹跟踪实验,并对实验结果进行分析,验证了机器人运动学和动力学模型的准确性。三、设计了一种基于反向运动学模型的PI控制器,并利用该控制器对两种不同的跟踪轨迹进行了仿真和实验,并对测试结果进行了分析。接下来设计了一种模型预测控制器,并对该控制器的稳定性进行了分析。随后,利用该控制器对两种不同的跟踪轨迹进行了仿真和实验。最后,通过对比分析明确了两种控制方法在不同应用场合中的优劣。