随着移动机器人应用场景从单一、结构化的环境逐渐拓展到复杂、非结构化的环境,传统的足式和轮式移动机器人难以胜任复杂环境和复杂任务的需求。双足轮腿机器人因其兼具双足机器人在人类生活和工作环境中适应性强、复杂环境下的通过性好,以及轮式移动机器人在连续平坦路面移动速度快、灵活性好等特点,是极具潜力的下一代移动机器人。然而,双足轮腿机器人的研究起步较晚,在机器人机械结构设计、系统建模与控制等方面的研究不够成熟,使得双足轮腿机器人距离实际应用还有一定距离。本课题根据目前双足轮腿机器人发展趋势,开展了对双足轮腿机器人机电系统设计、系统建模和运动控制等关键技术的研究,设计出一种新型双足轮腿机器人样机。针对机器人功能需求,提出了双足轮腿机器人总体结构设计方案,并开展了机器人基于质心位置约束的运动学建模分析。从机器人功能需求入手,分析了机器人自由度数目、结构构型、整体尺寸等的设计和确定,提出了6自由度、轮腿融接构型、与人类下肢尺寸近似的机器人总体结构方案;并基于该结构方案模型,推导了机器人基于质心位置约束的正逆运动学求解方法,为机器人的运动控制和仿真提供了建模基础。根据该总体结构方案,开展了机器人机电系统设计。分析机器人机电系统构成,详细设计了机械结构、动力系统和控制系统硬件,研制出一台轻量、紧凑的双足轮腿机器人样机。根据双足轮腿机器人结构特点,设计了机器人关节运动和轮式运动的控制策略,并完成机器人控制系统软件设计。机器人关节运动控制采用了关节执行器内置的位置伺服模式,轮式运动控制采用了PID控制方法分别设计了机器人平衡、移动和转向运动控制器;根据机器人机电系统硬件和运动控制器的设计结果,完成了机器人控制系统软件设计,实现了机器人传感器数据处理、硬件通信、运动控制算法等。最终通过ROS-Gazebo仿真和实际样机试验,验证了该双足轮腿机器人系统设计和运动控制方法的可行性。