深空探测中的复杂和未知领域对当前空间机器人的运动能力提出了重大挑战。与传统的单运动模式的空间机器人不同,滚-跳多运动模式机器人具有较强的运动能力,能更好的应对复杂的深空环境。基于国内外研究现状,本文提出了一种运动灵活、越障能力强的多运动模式球形机器人。通过高度集成的结构设计,使轻型机器人具有滚动和跳跃的能力,并分析了机器人在两种运动模式下的运动学特性,为未来高通行能力深空探测设备的设计提供了参考。论文的主要研究工作如下:（1）提出一种以单摆驱动滚动、以齿轮齿条调整转向、以不完全齿轮控制跳跃的球形机器人总体设计方案。根据总体设计方案,应用CREO软件设计球形机器人的机械结构。此外,还对机械结构设计过程中存在影响球形机器人运动性能的设计参数进行了分析和论述。（2）本文将球形机器人系统抽象为多体系统,采用分离法将球形机器人的运动分离为相互独立的滚动、爬坡、转向和弹跳四种基本运动模式,基于刚体无滑滚动的约束条件,通过第二类Lagrange建立滚动、爬坡的动力学方程、利用几何特征与力矩平衡建立转向的动力学方程,建立弹跳运动的动力学方程,探寻设计参数与运动性能之间的关系,为计算实验室样机的理论运动性能打下基础。（3）基于ADAMS动力学仿真软件对球形机器人的滚动、转向、爬坡和跳跃能力进行了动力学分析,验证设计方案可行性,求解球形机器人的运动性能仿真值;基于ANSYS静力学仿真软件,进行球形机器人的起跳前、滚动时和落地时三个工况的强度校核,验证设计方案中的零部件的安全性。（4）根据设计方案加工制造、装配、调试球形机器人实验室样机,并对其滚动、转向、爬坡、跳跃等功能展开实验研究以测试机器人的滚动速度、转弯半径、爬坡角度、跳跃高度等关键运动性能参数。并根据理论模型计算、仿真和实验结果表明,本文设计的滚-跳多运动模式球形机器人结构合理可靠,滚动、转向、爬坡、跳跃等四个运动的动力学方程简洁、准确且可靠,实体样机的运动性能均良好。