本文的研究内容主要是围绕中国科学院创新基金“水陆两栖可变形机器人研究”展开，立足于机器人的两栖环境适应性及其关键技术，针对一种新型的水陆两栖可变形机器人的机构设计及其两栖运动性能开展深入的研究。研究内容主要分为两方面，分别为水陆两栖可变形机器人机构设计方法研究，以及机器人两栖环境下运动性能和运动控制研究，具体内容包括:　　 (1)在两栖可变形机器人设计层面上，遵循从构型设计-优化设计-系统设计的思路。首先，为解决常规水陆两栖机器人结构复杂、功能单一、复合环境适应性差的问题，本文从链式构型两栖环境适应性出发，结合其构型重组能力，提出一种新型的水陆两栖链式可变形构型设计。并在此基础上完成该新式构型的两栖环境运动机理研究，初步验证其设计的有效性。　　 同时，为得到最优的两栖环境综合运动性能，提出一种基于多目标遗传算法的机器人结构参数优化设计方法。在两栖可变形机器人陆地环境和水环境中运动学和动力学模型基础上，建立两栖环境中机器人的机动性能指标函数与结构参数的映射关系。继而选择使用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ得到该多目标机构参数设计问题的Pareto最优解集，并且通过组合赋权方法确定各目标决策属性的权重，从Pareto最优解集中得到符合设计要求的水陆两栖可变形机器人的各项机构参数最优解，指导机器人最终结构参数设计，完善机器人机构设计优化理论的研究。　　 然后，在机器人的结构设计和结构参数优化基础上，开展机器人的机械系统的研制以及分布式控制系统的研究。利用模块化设计的特点与优势，完成机器人的驱动模块、俯仰模块以及连接模块的机构设计，并且利用分布式密封方式实现机器人的防水密封功能。　　 (2)机器人两栖环境下的运动性能研究是两栖机器人系统优化设计基础，同时也为两栖环境下的运动控制策略提供理论依据。为提升机器人的两栖环境适应能力，本文从陆地和水环境两个方面对机器人的运动性能以及运动控制展开研究。　　 陆地环境下，针对楼梯环境的复杂性，在履带—楼梯模型的基础上，建立各阶段进行运动协调准则、可翻越准则以及防止干涉准则并将其融入机器人翻越楼梯流程化过程中，进而提出一种基于联合运动规划的翻越楼梯的在线控制方法。　　 结合机器人链式构型能够提升狭窄环境通过性能的特点，提出一种基于能量最优的狭窄环境下转向控制方法。该方法首先在动力学模型基础上，分析各控制量对于转向性能的影响关系。进而以能量消耗最小为目标，安全转弯范围为约束条件，优化机器人链式构型转向下各运动参数的选择和调整。　　 构型重组是提升机器人的陆地环境适应性的重要手段，针对常规变形过程中的履带磨损和能耗较大的问题，提出一种适用于可变形履带机器人的动态变形方法。在履带一地面模型基础上，协调控制机器人履带转速与构型角度之间的变化关系，并且利用多目标优化方法对该方法的控制变量进行优化。　　 水环境中，水陆两栖可变形机器人具有两种推进方式，常规的履带划水推进方式和仿生推进方式，不同的推进方式水中运动性能差异较大。首先，在机器人静水模型基础上，对机器人的浮性和稳性进行分析，进而指导机器人结构布局。针对水环境下的履带推进方式，结合理想推进器理论，建立其运动学模型和动力学模型，完成机器人水中履带划水推进方式的推进力与稳定性研究。针对机器人水环境下仿鱼推进方式，结合机器人关节结构的特性，建立了运动的动力学和运动学联合模型。该模型建立机器人在自由步态下的拉格朗日函数;将其运动中受力简化为侧面压力、形体阻力和摩擦阻力。根据拉格朗日第二方程求解机器人的运动与尾部摆动规律的关系，计算运动学参数;并且建立基于稳定速度的能量优化模型，指导机器人在巡游状态下的运动控制。　　 理论分析和实验验证得到，水陆两栖可变形机器人具有多种构型和两栖步态以适应不同的两栖环境和任务，具有一定的两栖环境适应能力。同时，基于综合性能的结构参数设计方法以及两栖运动控制策略的有效性也得到进一步的验证。