随着人类探索未知世界的脚步不断加快,各个行业内对复杂环境下保持高机动性的移动机器人的需求日益普及。而两栖机器人以其在陆地、水中及水陆过渡地形等环境中较强的适应能力,在军事探测、抗震救灾、航天航海及医疗服务等领域广阔的应用前景及重大的科研价值吸引了越来越多的研究者的关注,同时,两栖复杂介质环境下的推进机构研究及控制算法设计也给研究者们带来了巨大的挑战。本文在借鉴结合陆地弧形腿推进与水下波动推进优点的基础上,设计了一种单自由度变刚度腿的两栖机器人。在陆地上,其以类似弧形足的方式推进；在水中,其以仿鱼类的波动方式推进；在过渡地带,则依靠弧形足与波动式相结合的运动方式推进。本论文的主要研究内容及成果如下：(1)两栖机器人的系统设计。总结前人的研究经验,设计了一种集成了陆地弧形足与水下蹼状腿优点的变刚度腿型结构,并针对该独特的结构设计了单自由度的驱动模块及防水外壳系统,规划了硬件系统的设计框图及软件系统的模块化设计思路。(2)构建CPG神经网络控制系统。针对机器人的运动特点,选择合适的神经元模型并通过特定的拓扑结构耦合形成CPG神经网络控制系统,调试相关参数以产生稳定的自激振荡信号。(3) 基于CPG神经网络控制系统的运动步态规划。针对机器人的结构特点及两栖环境的需求,设计机器人的陆地、水下及水陆过渡地形的运动步态,并建立CPG控制信号与各种步态的对应关系,制定合适的CPG控制步态策略。(4)实验测试两栖机器人的运动性能。以AmphiHex-II为实验测试的对象,开展了其在陆地地形(包括硬地面、沙地、草地、斜坡及台阶等地形)、水中以及水陆过渡地形中的运动性能实验研究。在硬地面行进时,采用三足快速模式,平均速度为0.36m/s(约0.7倍体长)；采用六足快速模式,平均速度为0.26m/s(约0.5倍体长)。在水中推进,机器人摆幅为30°,频率为2Hz时,其推进速度为0.11m/s(约0.22倍体长)；可以翻越180mm高的台阶,论证了爬坡步态上大斜坡(25°斜坡)时稳定性远高于三足步态；测试了各种地形下的转弯效果；实现了水下的各种机动运动及水陆过渡地带的登陆、入水运动。