随着近年来机器人技术的高速发展,地面无人平台在灾难救援、警戒巡逻以及后勤运输等领域的应用更加广泛。相对于有人车辆,地面无人平台可以在更加复杂的环境下行驶。轮式地面无人平台具有行驶效率高、速度快、转向灵活等优点,成为近年来各国地面无人平台的发展重点。但轮式地面无人平台在越野环境下,存在越障能力不足、软路面牵引性能差等机动性问题。围绕提升轮式无人平台的机动性,各研究机构试图通过构型创新来解决这些问题,其中,卡内基·梅隆大学提出的纵臂式无人平台Crusher被公认为新构型轮式无人平台的典范,但该平台仍然存在侧向稳定性弱和转向机动性不足等问题。基于此背景,论文提出了一种基于传统双横臂悬架的轴距可变、底盘高度可变的全新构型轮式地面无人平台,通过构型变化突破轮式地面无人平台的机动性瓶颈。与传统车辆不同,该地面无人平台的构型发生变化后,各轴轴荷也将随之发生改变,且无人平台在越野行驶过程中所面临的地形环境、障碍种类、土壤特性更加复杂多变,因此传统车辆的行驶理论与机动性分析方法已不能适用于地面无人平台。为此,论文在提出可变构型无人平台的基础上,主要研究目的还包括:一是研究越野环境下地面无人平台机动性分析方法,分析构型变化对该地面无人平台机动性的影响规律,二是研究用于无人平台机动性增强的构型变化策略,并实现无人平台的机动性增强。论文主要工作如下:（1）针对当前轮式地面无人平台的机动性不足问题,提出了一种可变构型的行驶系统。在对比分析现有轮式无人平台悬架特性的基础上,确定了双横臂式油气悬架,通过悬架的伸缩调节实现车架高度变化。在行驶系统总体布局的基础上,设计了可实现多种转向模式的转向系统以及相应的独立转向机构。根据越障性能需求,设计了一种轴距调节机构以实现中间轴的整体移动,并结合悬架调节功能实现行驶系统的构型变化。（2）建立了用于无人平台操纵稳定性研究的二自由度线性侧向动力学模型。研究了轴距变化对操纵性（转向稳定性、转向灵敏度）,轨迹跟踪能力（侧向位置误差、转向角误差）,抗侧向干扰能力（侧向阶跃力、侧向脉冲力、侧风）等操纵特性的影响。基于分析结果提出了不同操纵需求下的轴距调节策略,通过ADAMS的虚拟样机试验验证了各项轴距变化策略的有效性。（3）针对传统越障性能分析方法精度不足的问题,基于多轴车辆动力学,考虑轮胎径向弹性和车轮沉陷建立了较高精度的越障分析模型。以车轮为分析对象研究了载荷对车轮径向变形、车轮沉陷量、车轮越障高度的影响,提出了通过调节轴距快速提高越障和越壕能力的方法。基于静力学理论对无人平台越障过程进行了整体力学分析,通过数值计算得到了悬架刚度、附着系数、车轮高度等因素对越障性能的影响,依据分析结果提出了越障过程中的构型变化策略。考虑到越障过程中的动态特性问题,建立了动力学仿真模型,通过虚拟样机试验对越障过程做了补充研究,确定了精确的构型变化位置,并验证了越壕和越障过程中构型变化策略的有效性。（4）为突破单轮牵引性能研究方法的局限性,融合5自由度动力学模型和轮壤作用机理提出了平直路面上无人平台整体牵引性能的分析方法,基于该方法分析了无人平台在不同湿度沙壤和不同湿度粘土上的牵引特性。基于Hertz-Mindlin接触理论在EDEM中建立了土壤离散元模型,Recurdyn中建立了无人平台动力学模型,两种模型的耦合仿真模拟了无人平台在不同土壤（沙壤土、粘土）和不同坡度（15°侧倾坡、20°纵倾坡、平直路面）上的行驶过程,分析了无人平台在不同行驶环境下的牵引特性,为增强松软路面牵引性能的构型变化提供了依据。（5）为增强无人平台在松软路面上的脱困能力,基于构型变化特征提出了轮步行驶模式,通过对轮步行驶模式的轮壤作用机理开展研究,优化了轮步行驶策略。EDEM和Recurdyn的耦合仿真对比分析了车轮正常行驶模式、轮步行驶模式和优化后轮步行驶模式下的牵引力、驱动力矩和沉陷量,仿真试验数据验证了轮步行驶优化策略的有效性和轮步行驶的牵引性能增强效果。（6）研制出了原理样机并开展了相关试验。根据所提出的构型变化策略开展了1m台阶和1.5m壕沟的越障试验,验证了越壕和越障的构型变化策略的有效性,开展的越障冲击试验则校核了关键结构件的可靠性。搭建了用于牵引特性研究的土槽试验平台并开展了试验,试验结果与仿真结果吻合度较高,验证了离散元仿真模型的正确性。论文提出了可应用于地面无人平台的机动性研究方法,主要包括用于操纵稳定性分析的侧向动力学模型、越障性能数值计算模型和动力学仿真方法、整体牵引性能数值计算模型和EDEM-Recurdyn耦合仿真方法、车轮牵引特性土槽试验方法等,为地面无人平台机动性评估提供了系统的分析方法。所提出的分析方法成功应用于可变构型无人平台的机动性研究,分析了构型变化对无人平台机动性的影响,并相应提出了以增强机动性为目的的构型变化策略,进而实现了无人平台的机动性增强。