近年来,随着机器人技术的不断创新与发展,各个领域都有机器人的参与,“机器换人”在某些工作领域是必然趋势。在狭窄、危险的非结构复杂环境中,比如地震坍塌、煤矿爆炸的灾后现场、狭窄管道等,人类难以进入这些环境进行探测、救援、巡检工作。因此本研究针对目前的机器人在灾后非结构环境和狭小管道环境存在障碍通过能力以及底盘被卡等方面的不足,提出了一种新型的组合轮杆机器人。该机器人在满足限定尺度和功率,结构简单的同时,还具有优越的越障能力和底盘脱困能力。有效提高轮式机器人在灾后废墟、狭小管道等环境中的搜救和探测能力。首先,分析现有移动机器人,以体积小、功率低、具有越障和底盘脱困能力为设计需求,提出组合轮杆机器人总体设计方案,设计四轮移动底盘适应平整地面,连杆机构的连续平动增强越障和底盘脱困能力,使用Solidworks建立组合轮杆机器人三维模型,分析机器人越障机理和底盘脱困机理,通过机器人内部的连杆运动能够连续越障和帮助底盘被卡时脱困。其次,对轮式移动机器人建立运动学和动力学模型。对机器人爬坡、越障和脱困过程进行分析,并对其典型运动状态进行受力分析,结合车轮直径、连杆机构的设计尺寸分析机器人极限越障高度。基于ADAMS建立虚拟样机模型,借助虚拟样机仿真对机器人连续越障和底盘脱困进行运动仿真分析,虚拟样机仿真结果表明机器人越障和底盘脱困时运动稳定、上下起伏小,从仿真的角度验证结构设计的合理性和可行性。然后,设计机器人控制系统架构,分为机器人端的下位机和远程界面的上位机。详细介绍单片机、电机、驱动、传感器等核心硬件的参数和选型,下位机基于Arduino开发,控制电机转动以及采集传感器数据,上位机基于C#开发人机交互界面,用于远程控制机器人运动、观察机器人状态及其周围环境。针对连杆机构容易“卡死”问题,分别对并行同步控制、主从同步控制、交叉耦合同步控制算法进行Simulink仿真,比较分析后选择交叉耦合同步控制算法来减小双曲柄转动时的同步误差,解决连杆机构“卡死”问题。最后,制作机器人实物样机,针对不同场景进行实验,结果表明机器人具有较好的地形适应能力、爬坡能力、越障能力、底盘脱困能力、狭小工作空间通过能力。验证了理论研究和仿真实验的合理性和可行性,对比分析现有轮式移动机器人,本研究制作的组合轮杆机器人综合性能更好。