目前,移动机器人迅速发展,广泛应用于军事侦察、行星探测、抢险救灾、家庭服务等工作场合。在传统的机器人中,轮式机器人具有较为简单的行走结构和控制方式;腿式机器人对于复杂环境有较强的适应能力;球形机器人拥有封闭的球形外壳,对本身结构、电气系统形成了保护作用,同时具有较强的恢复能力。本文从结合轮式、腿式、球形机器人的优点出发,研制了小型轮腿式移动机器人,主要内容包括:小型轮腿式移动机器人系统设计、机器人运动特性分析、机器人行走控制研究、机器人运动性能仿真与实验。首先,针对轮式、腿式、球形机器人的结构优点,完成了小型轮腿式移动机器人的系统设计。确定采用“两轮并列+四腿对称布置+圆弧轮壳”的主体构型,行走采用偏重心驱动方式,腿部配合爬坡越障,轮壳实现自动复位;采用局部模块化思想,进行了小扭矩电机配合减速器的传动单元设计;同时进行了腿部结构、保护壳、轮壳的设计;对机器人关键承载件进行了强度校核;介绍了传感器和电气系统。其次,对小型轮腿式移动机器人运动特性进行了分析。利用拉格朗日方程建立了机器人的动力学模型,通过Matlab迭代数值求解和Adams仿真,验证了动力学模型的正确性;针对机器人在不同地形下的运动策略,对机器人分别在腿部收缩和伸出状态下的爬坡、越障能力进行了分析。再次,进行了机器人行走控制的理论研究和仿真。将机器人的运动学模型进行线性化处理,转化为状态方程;通过Simlink对状态方程和Adams系统仿真对比,验证了状态方程的准确性。在系统可控的前提下,进行了一系列控制器设计和仿真,状态反馈控制器的设计,实现了机器人在系统输入下快速达到稳态;基于扩展状态变量的速度跟踪控制器的设计,实现了机器人对任意速度的跟踪;基于backstepping思想的轨迹跟踪控制器的设计,实现了机器人对任意轨迹的实时跟踪。最后,针对小型轮腿式移动机器人的运动性能,进行了Adams仿真和样机实验。行走实验验证了两轮偏重心驱动的合理性;自动复位仿真和实验验证了机器人较强的恢复能力;通过机器人爬坡、越障仿真和实验,验证了机器人爬坡、越障能力的理论分析,得到了机器人的结构和性能参数。