本文的研究内容是围绕国家“863”计划支持项目“可重构星球探测机器人的研究”展开的。其目的是以星球探测为背景，研制一种模块化可重构轮手一体机器人，其结构紧凑，在自身手臂的配合下机器人运动具有较强的灵活性和自主性。本研究的主要工作由三部分组成：设计了新型的轮手一体机器人；轮手一体机器人运动规划的研究，包括机器人的转弯，状态转化，越障及多机器人的协调越障等等；结合机构特点对轮手一体机器人的运动提出相应的控制方法。本文将以上三个部分机构设计、运动规划、控制方法相互穿插有机结合成统一整体。 首先以模块化设计为原则，研制了一种新型的轮手一体机器人，有效的将机械臂和移动机器人结合，具有作为机械臂的工作状态，又具有作为移动机器人的移动状态，机器人之间具有相互连接重新构形的能力。机器人具有在一个驱动力作用下处于不同约束环境中时，表现为不同形式输出的特点，容易实现两种状态下的灵活运动。通过样机试验和动力学仿真试验对机构设计进行了验证。根据轮手一体机器人的运动机理和机构特点建立目标优化函数，利用多目标优化的求解方法验证了车轮部分外形为正三角形的合理性。 为了实现轮手一体机器人能够自主灵活的基本作业，首先建立了机器人的运动学模型，在此基础上用ZMP(ZeroMomentPoint)方法对轮手一体机器人工作状态下的稳定性进行了分析，讨论了机器人手臂部分运动规划和机器人重心位置的配置对机器人“倒下”过程的影响。进一步利用牛顿—欧拉方法建立的由移动状态向工作状态转化的动力学模型，分析结果表明基于速度的系统重心规划方法是有效的“站起”规划方法。通过仿真试验和样机试验对机器人在两种状态之间自主转化规划方法的有效性进行了验证。 轮手一体机器人利用单输入、两输出的机构提高了机器人的移动能力。但是机器人在移动过程中由于履带对带轮阻力具有不确定性，导致了机器人运动的不稳定性出现。为了协调机器人的越障性和稳定性，克服履带阻力对机器人运动的影响，首先建立了机器人移动过程中两种运动状态的动力学模型。根据机器人的动力学模型提出了构形调整法和状态调整法来协调越障性和稳定性之间的关系。仿真结果发现利用构形调整法来克服履带阻力的影响是有效的方法，提高越障能力的同时保证了运动的稳定性。 转弯运动是轮手一体机器人的基本运动方式。本研究的轮手一体机器人在移动状态下采用的是履带驱动，与地面是面接触，这大大增加了机器人转弯的困难程度。本文通过化简机器人运动学方程，利用试验和仿真结论得到通过调节手臂姿态能够实现机器人的转弯运动，但左右转弯半径差异较大。借助于移动状态下对手臂运动规划顺序不同，所受到的地面摩擦力形式不同，最终实现机器人的原地转弯运动。利用已经建立的机器人动力学方程，讨论了机器人转弯运动的控制方法问题，通过仿真结果表明，该方法能够有效的避免履带阻力的不确定对转弯运动的影响。 越障和爬坡是体现轮手一体机器人运动能力的主要方面。由于轮手一体机器人可以以手臂前置或手臂后置两种姿态完成运动，所以分析两种情况下机器人运动模型，得到了其相应的运动条件。接着利用这些运动条件，给出了轮手一体机器人越障运动的规划方法，利用样机试验进行了验证。进一步针对单个轮手一体机器人越障运动的局限性，给出了多个机器人协调越障的方法，大大提高了机器人的越障能力。通过分析手臂前置和手臂后置两种情况的爬坡运动模型，得到机器人手臂前置时的爬坡能力要强与手臂后置时的爬坡能力。