随着科技的飞速发展及现代社会生活各领域对移动机构多功能、适应性要求,多模式移动机构的构型设计与分析成为近年来机构学及机器人学领域研究的热点。本文针对目前存在的多模式移动机构构型少、非结构环境适应能力差、缺少合理系统的结构设计方法等问题,提出了几种多模式移动机构结构设计与奇异性分析的方法。并针对实际生活中多任务、非结构化环境要求,进行多模式移动机构的结构设计与运动分析。本文主要开展以下几个方面的研究工作。(1)基于仿生原理和螺旋理论,提出一种由转动副组成的多模式移动机构的设计方法。以机构的一类运动副(转动副)作为仿生结构设计的主模型,以具有相同运动关节(运动副)、不同运动形式的生物为仿生对象,提取出等效结构单元,并基于螺旋理论进行构型综合。以2R(转动副)为基础拓扑出空间3R运动支链,依据空间3R运动支链的运动副轴线位置关系,综合出空间单环6R机构。最后结合空间几何对称原理,模仿生物外形,采用两个平面单环机构在空间对称布置组成一多模式移动机构。分析该机构在滑行、爬行、滚动三种运动模式下的运动学性能,并通过Adams进行虚拟样机仿真验证,结果表明该方法设计的多模式移动机构能够满足非结构化环境的工作需求。(2)基于正多面体的定位点以及空间几何的计算机辅助设计方法,提出一种由移动副组成的多模式移动机构的设计方法。以几何正多面体作为机构设计的主模型,运用计算机软件对机构连接支链进行拓扑设计。首先基于正多面体的几何框架,确定空间定位点相对位置,然后根据运动形态的不同,进行支链的选择与构造,并以移动副P副为基础构造运动副。结合CAD与空间几何约束原理,确定多模式移动机构连接支链的模拟构型。最后将空间定位点与运动支链相结合,构造多模式移动机构,并运用欧拉公式验证结构模型设计的合理性。通过Adams进行虚拟样机仿真验证机构的运动模式,证明该方法设计多模式移动机构的可行性。(3)基于Grassmann线几何和线图法理论,提出一种含有移动副、转动副的多模式移动机构的设计方法。以3-RSR并联机构为设计本体,通过线图法分析线矢力支链和力偶之间的相似性以及线矢力基本支链约束的方向特点,由机构总体自由度推导出机构支链的自由度类型,配置合理的运动副构成支链。结合实际的运动模式,在支链添加移动副,实现机构的多运动模式,并用Adams软件进行方步态仿真验证。(4)针对目前存在的多模式移动机构运动过程中奇异性问题,提出了一种研究运动过程中机构奇异方法。采用螺旋理论及空间线几何理论,结合机构输入运动螺旋与输出运动螺旋物理意义,对前三章提出的多模式移动并联进行奇异分析。首先,基于电机分时控制确定全R副多模式移动并联机构在滑行、爬行及滚动三种运动模式输入运动螺旋和输出运动螺旋,并结合运动与约束特性判断机构运动过程中奇异位形。针对基于P副多模式移动并联机构,由驱动副为P副可以确定空间中输入螺旋与输出螺旋位置关系,然后结合线几何判断螺旋在空间中相关性,确定机构运动过程中奇异位形。最后,对R副和P副组成的多模式移动并联机构,将运动螺旋进行几何代数表述,通过机构完整雅可比矩阵线矢量相关性来确定机构在运动过程中奇异位形。为多模式移动机构在不同模式下电机控制与驱动的选择提供一定的理论依据。