球形机器人结构紧凑,运动灵活,能够完成全方向运动,是移动机器人领域的一个重要分支。本文基于球形机器人的设计思想,结合BYSQ-2水下球形机器人的性能分析,提出了一种两栖球形机器人设计方案,并通过动力学和流体力学的分析、仿真和实验,对机器人的结构进行了优化,从而验证了该方案的正确性和可行性。首先,在对比分析了BYSQ-2型水下球形机器人的结构特点的基础上,以保证良好的陆地运动性能作为设计准则,完成了新型两栖球形机器人的结构设计,对关键零部件进行了强度校核,并运用浮体稳定性理论对机器人总体布局的合理性进行了验证。其次,运用拉格朗日方法对机器人进行陆地动力学建模,运用牛顿运动定律对其进行水下动力学建模,并分别在MATLAB和ADAMS仿真环境中对其陆地动力学模型进行分析,得到了机器人的结构参数与动力学性能的关系。再次,以流体动力学为依据,推导得到弯管内流体运动的动力学方程,并运用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术,对不同流态下不同截面尺寸和曲率半径的矩形截面弯管内的粘性流动进行了数值模拟。研究了离心力作用下二次流强度和壁面粘滞阻力随弯管参数变化的情况,得出了截面宽高比为0.75的弯管的水力损失最小的结论,并对该截面形状的弯管内流体的流动结构进行了分析。最后,以流动相似理论作为理论依据,根据雷诺准则,设计了一种测量管道流动的出口截面涡量强度的模拟试验方法。以涡量探头和压差计为测量设备,以空气为流体介质,运用相似实验对出口截面的涡量强度进行了测量,验证了流体仿真结果的正确性,并为有限条件下的流体实验找到了一种可行的途径。