随着科学技术的迅速发展,机器人特别是移动机器人技术正逐渐崛起。球形机器人是一种特殊的具有全封闭的球形或类球形外壳的移动机器人,能够进行全方位行走,运动速度快,零转弯半径,具有灵活的运动能力,且在运动中不存在翻仰问题。因此在工业、民用、国防以及空间探索等领域具有广泛的应用前景。本论文的研究内容来源于教育部“高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目”(708011)，是该项目的重要组成部分。本论文将以球形移动机器人为基础,对用于月球探测的球形机器人的关键技术进行研究。主要研究内容如下：首先,针对球形机器人在月球探测时的环境适应性问题,将机器人的整体结构分为运动驱动部分、机械臂部分以及球盖打开部分,并分别对三个子部分进行了分析、计算和设计。其次,针对球形月球探测机器人的运动学与动力学建模问题,将机器人的运动等效为球壳的运动,建立了机器人的运动学模型,并对机器人运动的全向灵活性进行了分析；采用牛顿-欧拉法建立了机器人直线运动和曲线运动的简化动力学模型,并进行了仿真实验验证。再次,针对球形月球探测机器人的斜坡越障特性,建立了机器人的斜坡越障方程；给出了基于越障角度和驱动力矩的两种越障极限条件,并在ADAMS中进行了仿真实验验证。最后,针对球形月球探测机器人在传统人工势场法作用下,容易产生局部极小的路径规划问题,引入了模拟退火-人工势场法和几何信息法两种改进方法,解决了目标不可达的问题。