空间探测对人类了解宇宙规律具有重要意义,月球因其独特的空间环境对开展空间探测任务至关重要。为更好地利用月球独特的表面环境,研制高效灵活的探测设备是关键。然而,月表崎岖的地形及疏松的土壤环境对月表探测器的研制提出巨大的挑战。软体机器人因其高自由度、环境适应性强、低成本等特点,为月表探测提出了新思路。自生长机器人是一种采用头部外翻伸长主体的软体机器人,在生长过程中可主动调整伸长方向。灵活的运动方式使其能适应狭窄复杂的环境,可携带多种科学载荷执行探测任务,在月表探测中具有潜在的优势。本文基于自生长机器人应用环境的特点分析,对机器人的功能结构、控制系统进行设计,并对运动学及力学模型展开研究。首先,完成机器人机械系统设计。机器人薄膜主体通过气压驱动外翻实现延伸运动。所设计的绳驱转向关节可用于机器人生长方向主动调控。为满足环境感知及探测需求,完成能搭载多种载荷的头部装置设计。基于机器人的应用环境,搭建机器人控制系统,使其具有一定的自主能力。其次,基于机器人的转向原理与关节特点,对主体转向段特性展开研究。基于常曲率理论完成对关节运动学的推导与机器人工作空间的分析。完成图像交互矩阵与机器人微分运动学推导,建立控制系统理论模型。采用欧拉-拉格朗日方程对驱动线受力进行了理论分析,并用有限元分析与实验对其进行验证,结果表明理论与实验数据吻合度较高。最后,完成三关节自生长机器人样机研制,并对其抗弯、转向性能开展测试实验。结合SLAM以及路径规划等技术,优化机器人系统与算法。测试实验表明,机器人可以自主地穿越由尼龙柱阵列模拟的多障碍复杂环境,显示出在疏松月壤环境下的应用潜力。