移动机器人是机器人领域的重要分支,它可代替人们被广泛用于自然灾害、反恐防暴、军事侦查和作战等。因此对其关键技术的研究也就成为机器人领域里比较关注的热点。如何在复杂环境中提高移动机器人的移动灵活性、越障通过性和稳定性等,则是决定该类机器人能否成熟应用的根本问题。在国家自然科学基金和机器人学国家重点实验室基金的支持下,本文提出了一种轮履耦合结构形式的特种移动机器人,并对机器人移动性能、越障性能、运动过程的稳定性及动力学等进行了深入分析,并进一步开展了典型地形越障稳定性和基于多传感器信息融合的定位等方面深入研究。论文首先提出一种实现轮履移动机器人耦合机构的设计方法,即将机器人轮体结构通过四连杆原理实现其自身轮式与履带式结构之间的相互切换,其根本思想是充分发挥轮式机器人的高机动性和履带机器人的高通过性。当机器人遇到台阶、楼梯等障碍物时,采用驱动轮体变形结构装置来实现机器人本体运动形态的切换。为了增强机器人越障性能,又提出在机器人本体结构的基础上加入尾杆机构,通过尾杆机构的运动姿态的变化实现对质心的调节,从而有效地提高机器人的越障性与稳定性。针对轮履移动机器人运动转向及通过性问题,考虑履带与地面的连续接触压力呈非线性分布情况下,对机器人履带所需的牵引力与转向阻力矩进行了分析,建立了转向过程中机器人的数学模型;在轮式与地面作用基础上,提出了在弹性履带作用下轮履机器人履带与地面作用的相互关系并进行了仿真分析。针对轮履移动机器人不同姿态形式的越障过程,分别建立了机器人越障过程中所采用的轮式、尾杆+轮式、履带式的动力学模型,对爬越台阶过程中轮履移动机器人采用尾杆+履带式的两种越障形式进行了动作规划分析;对前向越障方式进行了越障动力学建模及分析,采用虚拟等效力矩分配方式得到机器人本体与尾杆联动状态下越障所需的驱动力矩;对机器人不同状态下的越障方式进行分析,得到机器人所能翻越最大障碍物高度。此外,轮履移动机器人在转向以及越障过程中,由于机器人运动状态的不同其质心位置也会改变,从而给运动过程的稳定性带来影响。针对以上问题选择了机器人在平坦地面、斜坡环境对机器人转向的稳定性进行了分析。采用楼梯地形为研究对象,在无尾杆和有尾杆摆动两种情况下,分别建立了机器人爬楼过程的动力学模型,并分析了机器人有尾杆摆动状态下,与楼梯接触处于不同状态的动态稳定性判别方法。在建立机器人里程计以及超声波测距传感器模型的基础上,提出了扩展卡尔曼滤波定位,与航迹推算仿真对比,结合上述两者方法的优点,提出一种自适应的定位方法;此外考虑到周围环境影响,提出了自适应模糊卡尔曼滤波方法,降低环境噪声的影响;对于非匀速运动的定位问题,提出了多模型卡尔曼滤波方法,保证机器人能够实现精确的定位。最后对该轮履机器人系统进行实验分析。进行了变换机构、地形适应性、越障以及稳定性等实验,通过实验使论文的理论分析、技术方法和手段可行性得以验证。