利用机器人执行搜索救援和反恐排爆等危险任务,可有效减少人员伤亡、提高作业效率。由于任务环境复杂多变不可预知、且结构化与非结构化地形并存,要求机器人具备全地形的快速高效通过能力。然而,移动机器人的通过能力与速度效率之间往往不可兼得:仅具备轮、履、腿三者之一的传统机器人虽然结构相对简单,但是因为运动模式单一而不具备全地形通过能力;将轮、履、腿三者组合的多运动模式机器人虽然具备全地形通过能力,但是结构复杂冗余导致速度慢效率低。针对上述背景,以解决机器人高通过性与高速高效之间的矛盾为目的,论文提出了一种基于轮辋变形的多运动模式机器人的创新方案并对其构型设计和通过性能进行研究。主要工作及创新点如下:（1）基于融合式设计思想提出了一种通过轮辋的变形重构将轮、履、腿的功能无冗余集于一体的多运动模式机器人创新设计方案。根据公理化设计理论明确采用轮履腿复合的方案实现全地形通过性的技术要求。利用发明问题的解决理论创建现有组合式复合方案地形通过性与结构紧凑性之间的冲突矩阵,并对轮履腿复合的多运动模式机器人进行物理分解,根据技术进化法则提出了一种通过轮辋的变形重构实现运动模式转换的方法,在提高通过性的同时保持结构的紧凑性。（2）提出了基于轮辋变形实现机器人运动模式转换的构型三原则,并以此为理论基础完成了变形部件的的拓扑构型创新设计。通过分析机器人不同模式的行进机理及转换原理,总结出两变一不变（即:橡胶带接触方式变化、变形部件运动自由度变化以及履带环周长不变）的构型原则,根据构型原则分别对可变形轮辋及伸展履带轮组的拓扑构型进行了分析与综合,并对轮架伸展方案进行了优化,通过对通过性能以及结构简化等关键指标对比,最终确定了轮架单向伸展的两端接地型变形部件构型方案。（3）构建了变形驱动辐条的参数化输入输出模型,并通过逆向求解得到轮辋变形的优化驱动方案。以轮辋变形角度和轮辐初始张角为输入,以轮辐长度和张角为输出,建立支撑轮辐驱动轮辋变形的运动学模型。通过分析输入输出之间的对应关系逆向求解支撑轮辐模型,提出长度伸缩型轮辐和角度旋转型轮辐两种方法,并得到五种不同类型的变形驱动方案。通过对比不同方案的变形驱动动态特性和承载应变静态特性,最终确定长度伸缩型轮辐作为最优变形驱动方案。（4）建立了机器人多运动模式的统一姿态表达模型,并从理论上对不同运动模式的通过性能进行了对比研究。通过引入轮辋变形角度作为运动模式选择参数,采用完整约束与非完整约束相结合的建模方法,实现机器人不同运动模式的运动学模型的统一表达。利用统一模型,采用理论分析与仿真验证相结合的方法对比研究了轮、履两种运动模式的支承通过性能以及轮、履、腿三种运动模式针对不同障碍的几何通过性能,为原理样机的研制奠定基础。（5）研制了基于轮辋变形的多运动模式机器人原理样机,通过样机试验验证了构型设计和通过性分析的正确性。根据构型设计的结论研制了多运动模式机器人原理样机,通过运动模式转换试验、支承通过性能土槽试验以及几何通过性能障碍试验对样机性能进行了测试,验证了构型设计的可行性、理论分析的正确性以及方案设计的科学性。论文提出的多运动模式机器人采用轮辋变形的方式将轮、履、腿的功能集于一体,能够根据地形的变化采用最为适宜的运动模式。与传统轮履腿组合式多运动模式机器人相比,具有结构简单紧凑、运动灵活多变、行进快速高效等优势。论文研究成果为多运动模式机器人的研究提供了一种新的设计方案和实现方法,该机器人可作为通用化移动平台,搭载不同的任务模块执行多种反恐排爆、搜救侦察类任务。