移动机器人作为协助人类进行生产生活的一类新型辅助工具,广泛应用于先进制造、海空探索、医疗服务、军事侦察等具有精细化、繁重性、危险性或未知性特点的任务领域。这就要求移动机器人具有更强的复杂地形适应性。作为移动机器人的重要执行部件,多种轮式、履带式、腿式、混合式以及其它新型地面移动机构被不断探索和开发,用于提高机器人的移动能力。本文从几何学中多面体的空间关系出发,应用机构学中连杆机构的设计原理,对多面体进行几何与机构构造,探索具有全新构型与移动机理的地面移动多面体机构设计方法,获得具有移动功能与折展功能的地面移动多面体机构。具体针对四面体基本单元,进行双四面体构造,提出一类具有全姿态移动能力和折叠缩放功能的地面移动双四面体机构。首先对双四面体进行几何与机构构造,提出地面移动双四面体机构的设计方法。进而设计得到Bennett环单动力共面双四面体移动机构、PPP基多模式对顶双四面体移动机构、Sarrus链可折展对偶双四面体移动机构,针对三种机构的移动能力与折展功能展开深入分析。同时对滚动双四面体机构的运动规划策略进行探索研究。具体研究内容如下:（1）根据四面体的几何与机构特性,阐明选取四面体作为基本单元的原因以及构造双四面体机构的必要性与构造要求。进而提出基于几何构造与机构构造的地面移动双四面体机构设计方法。通过对两个四面体单元进行结构复合与几何演化,构造出三种典型双四面体几何体。对几何体进行机构化设计,得到双四面体机构家族,基于自由度与移动能力筛选出三种构型,由可展单环过约束机构对其进行环路耦合,得到自由度数目较少且具有折展功能的三种地面移动双四面体机构。（2）基于由设计方法得到的含Bennett机构单耦合环路共面双四面体机构,对其结构参数进行特殊化与具体化设计,提出Bennett环单动力共面双四面体移动机构。通过杆件形状设计,使机构具有柱状折叠功能。基于运动学与移动能力分析,得到机构通过单动力实现连续移动、转向及折展功能的基本原理与实施策略。（3）基于由设计方法得到的含PPP机构三耦合环路对顶双四面体机构,对其与环节动物结构进行类比设计,提出PPP基多模式对顶双四面体移动机构。结合环节动物的运动机制与多面体机构的移动原理,利用质心控制方法,实现机构直线波动模式启动步态与直行步态、水平波动模式转向步态以及垂直波动模式台阶攀爬步态多模式步态的集成设计。进而针对机构对于斜坡、台阶、沟槽、窄缝等典型障碍的通过能力进行定量分析,提出面向多模式移动及越障任务的矩阵式路径生成算法,为该双四面体机构提供运动规划策略。（4）基于由设计方法得到的含Sarrus机构多耦合环路对偶双四面体机构,对其顶点形状进行特定设计,提出Sarrus链可折展对偶双四面体移动机构。该机构由全R副构成,且其任意顶点和两条与之相连的支链是一个Sarrus机构。利用Sarrus机构将旋转运动转化为精确直线运动的运动特性,设计规划两种非碰撞滚动步态,使机构具有全姿态非碰撞滚动能力。同时提出机构的伞状折叠与径向缩放双重折展模式,增加了机构的便携性与功能多样性。（5）针对共面双四面体机构与对偶双四面体机构具有不规则三角形移动轨迹的特点,构建一般化滚动双四面体机构模型,设计并提出包含上层路径规划策略与下层步态规划策略的分层式运动规划策略,获得机构由初始位姿移动至目标点的输入参数序列与移动路径。进而对一般化机构分别执行移动、转向与操作任务的运动规划进行算例分析,并通过运动仿真验证规划结果。最后对包含一般化滚动双四面体机构在内的四种地面移动双四面体机构的运动性能进行对比分析。