煤矿事故发生后,井下环境错综复杂,为尽快探明井下灾后环境,防止救援人员进入灾后环境后受到伤害,保障井下被困人员的生命安全,迫切需要一种煤矿救援机器人代替救援人员进入灾后矿井进行环境探测及救援工作,针对已有救援机器人在灾变井下复杂的非结构化环境中适应能力较差的问题,本文基于折纸理论,提出一种煤矿可变形救援机器人可展轮式结构,针对煤矿可变形救援机器人的可展水弹轮式结构进行力学特性分析与研究。主要研究内容如下:通过细化水弹轮式结构的运动学建模,设计平行四边形水弹轮式结构的折痕图,首次提出以平行四边形为基本单元的水弹轮式结构统一参数化运动学建模理论,分析水弹轮式结构的折展运动过程及其各分层的运动趋势,利用多材料3D打印制造的水弹轮式结构进行可展性测试。针对水弹轮式结构在折叠过程中存在的非刚性折叠现象,结合了水弹轮式结构实际工作过程中的变形模式,探究正方形、矩形以及平行四边形水弹轮式结构的力学特性,利用有限元软件ABAQUS/Explicit显式动力学求解器对三种不同基本单元水弹轮式结构折展过程进行模拟,分析边长比、单元间隙和倾斜角度对水弹轮式结构的轴向压缩屈曲临界载荷和径向刚度的影响规律,并通过准静态轴向和径向压缩实验进行验证。针对水弹轮式结构在反复轴向加载和冲击作用下的损伤失效问题,研究其厚度、单元间隙、倾斜角度对承载力退化程度的影响规律,利用多材料3D打印制作模型并进行压缩测试对结果进行验证。建立以轴压退化比和冲击退化比最小为目标,以极限承载力为约束,以水弹轮式结构厚度、单元间隙和倾斜角度为设计变量的优化模型进行求解。根据响应面法及损伤力学理论,计算在三种不同基本单元及边长ta和tb条件下水弹轮式结构的折展比和疲劳寿命。利用Box-Behnken实验设计与ABAQUS数值模拟相结合的方法对影响水弹轮式结构折展比和疲劳寿命的厚度、单元间隙、倾斜角度进行参数匹配及组合寻优。设计可变形救援机器人,并试制其物理样机,将视觉、驱动和控制模块加载物理样机,确定合理的结构参数将水弹轮式结构组装到样机上,搭建机器人实验平台,并对其越障能力进行测试。本文所得结果可为完善煤矿可变形救援机器人可展轮式结构力学特性研究提供一定的设计思路和研究手段,为水弹轮式结构的加工制作、煤矿可变形救援机器人的开发及应用提供一定的基础。该论文有图104幅,表58个,参考文献128篇。