可变结构体机器人基于张拉整体结构设计，张拉整体结构起源于建筑学。由于张拉整体的体积质量比小，可变结构体机器人移动速度快、负载能力强;而其结构中的连续弹性拉索，使得机器人具有极高的抗压抗震性，加强了机器人在危险环境中的自我保护能力;可变结构体机器人可利用自身形变产生多类步态以适应不同地面环境。由于针对可变结构体机器人研究尚不足20年，现有研究中尚有诸多不足之处，如构型设计缺乏理论分析，电动样机设计未实现全驱动，滚动运动控制基于穷举试验而缺少深入的理论研究，蠕动步态控制的研究中未包括六压杆构型。　　本文以国家自然科学基金面上项目“可变结构体机器人多步态多相型运动机理研究”为依托，针对六压杆可变结构体机器人构型设计与多步态运动机理展开研究。具体研究内容包括:　　一、构型选择与结构参数优化:本文通过比较不同张拉整体结构特性，选择出形变能力强、结构对称易于分析的初始构型用于机器人设计;并通过结构参数优化降低关节受力，避免机器人结构崩溃。可变结构体机器人主要依赖自身变形产生各类步态，而其初始构型和结构参数对其变形能力有极大影响;结构参数影响关节受力，而过大的关节受力会损伤关节，导致机器人结构崩溃。但现有可变结构体机器人构型设计时，并未对上述两类问题进行研究，在构型选择和结构参数选择时具有一定的盲目性。本文提出基于拓扑几何的构型选择方法，与基于FEM(Finite Element Method)的结构参数优化方法解决上述问题。　　二、样机设计与仿真平台搭建:为验证机器人多类步态运动控制方法，本文设计了Ⅰ代气动样机与高度集成、拉索全驱动的Ⅱ代电动实验样机，并分别搭建了ODE仿真平台与MATLAB/C++仿真平台，进行辅助验证。现有样机包括气动、电动两类，其中气动样机设计简单，但集成度差，外置的气动元件限制了机器人的机动性;电动样机集成度高，但受限于驱动器性能，现有研究多通过减少驱动器数量以减小负载，因而未能实现拉索全驱动设计。本文综合考虑驱动器性能，配合优化结构设计，搭建了高集成、拉索全驱动设计的Ⅱ代电动样机。　　三、滚动步态研究:本文针对六压杆可变结构体机器人滚动步态运动控制方法展开研究。由于张拉整体结构的多输入、非线性、耦合度高等特性，目前针对滚动步态运动的研究多基于穷举试验，而未进行深入的理论分析。滚动步态运动速度较快，适合在平整地形下运动，其利用自身形变、改变重心位置，在不同稳态中顺序翻滚而达到运动的效果，因此，滚动步态分析的核心问题是分析自身变形情况。本文提出了基于FEM的滚动方向控制方法，分析结构在不同驱动参数作用下的变形情况，从而控制滚动运动方向;同时，提出了基于FEM的驱动参数优化方法，以能耗为优化目标，对驱动参数进行优化。　　四、蠕动步态研究:本文针对六压杆可变结构体机器人的蠕动步态运动控制方法展开研究。由于六压杆结构较三压杆结构更为复杂:其一，自由度、驱动器数量更多，增加了建模难度;其二，结构类似球形，极易发生滚动，需解决稳定性问题，因此，现有蠕动步态研究中仅有针对三压杆结构的研究，而未有对六压杆结构的研究。蠕动步态通过模拟多足动物的爬行步态，通过小幅变形改变机器人与地面接触点的摩擦力大小，实现机器人蠕动运动;蠕动步态虽移动速度较小，但由于变形幅度较小，运动十分稳定，较滚动步态更适合在斜坡等复杂地形下运动。本文提出基于遗传算法的蠕动步态控制方法:首先，利用牛顿-欧拉Newton-Euler法建立其动力学模型，基于该模型分析其初始构型稳定性与可使机器人稳定蠕动的驱动参数范围;之后，选择合适的目标函数，利用遗传算法获得可使机器人蠕动前进的驱动参数最优解。　　上述滚动、蠕动步态控制方法均在仿真平台及实验平台完成验证。