切换非完整约束机器人系统是一类特殊的混合动力系统,具有本质的非线性特征。在机器人领域,非完整约束广泛存在于轮式移动机器人、柔性机械手、人造卫星、航天飞机等机械系统中,具有滚动接触、角动量守恒、工作过程中约束发生变化等特点,具有良好的环境适应性。本文从非完整约束的角度研究双模式的非完整约束系统的动力学与控制问题,旨在解决一类含有非完整约束的双模式机器人的切换控制问题。以双模式的“轮式+四旋翼”的机器人为例,分别建立单模式的动力学模型,并变换成微分平坦系统型。在微分平坦空间实现双模式切换控制,然后逆微分平坦变换回状态空间,解决切换控制问题。以单模式的非完整约束系统——轮式移动机器人为例,从微分平坦型的角度解决运动规划与轨迹跟踪问题。首先进行坐标变换,获得双输入的仿射形式,根据李雅普洛夫稳定理论,实现有限时间稳定的控制设计;接着基于具有平坦性的非完整约束机器人提出一种冗余待定参数多项式的运动规划方法,基于广义矩阵论理论求解冗余参数,并指出可以实现某种评价指标下的最优运动规划;随后针对单模式微分平坦型进行滑膜变结构控制设计,实现理想轨迹的位置与速度的跟踪。在单模式控制设计的基础上,最后对于双模式的“轮式+四旋翼”的机器人的微分平坦型进行虚拟输入控制设计,基于线性切换控制理论,设计了一种基于状态反馈的慢切换控制器,实现“轮式+四旋翼”双模式的慢切换控制。对于各控制设计均给出了数值仿真结果,其结果都表明了控制设计的可行性。