爬行机器人具有稳定性好,承载能力强,运动灵活等优点,在海底探险,军事应用,抢险救灾,火山勘测等领域,都有着广阔的应用前景。考虑到以往的灵巧躯干爬行机器人在运动能力上的局限性,本文提出了一种基于运动转向变胞8R机构的新型灵巧躯干机器人。由于运动转向变胞8R机构抽象自Fortune teller折纸,将该机器人命名为FT-OrigamiⅠ。本论文的研究搭建了从折纸抽象机构到爬行机器人之间的典型范例。新机器人既保留了以往变胞机器人可在多构态间互相转换的特性,又弥补了以往变胞机器人无法同时在Yaw方向和Pitch方向上具有活动能力和构态变换过程复杂等缺陷。具体研究内容如下:通过对折纸机构进行抽象,给出了得到运动转向变胞8R机构的过程。基于闭环机构的高阶约束条件对运动转向变胞8R机构的特性进行了研究,从本质上揭示了运动转向变胞8R机构在三个奇异位置上的运动机理和重构原理。基于该机构奇异位置上的运动分支特性对机器人进行了机构设计。挖掘了三种典型机器人仿生构态,推导了不同构态间完成转换的方法和需要满足的腿部位置条件。提出了FT-OrigamiⅠ机器人的运动学和动力学模型。对不同构态下躯干坐标系到腿部坐标系的转换进行分析,建立关节角度与足尖点轨迹的对应关系。用蒙特卡洛方法得到了足尖的工作空间,揭示了身体具有多个方向的运动能力可以有效拓宽足尖工作空间。分析了腿部关节的受力情况,对关节扭矩进行了推导。以步态规划为基础,对FT-OrigamiⅠ的运动特性进行研究。在躯干多活动度的情况下,使用分步分段的数值计算方法,推导了机器人躯干各关节角度与机器人稳定裕度的对应关系,归纳了用于提高机器人稳定性的躯干运动策略。同时将灵巧躯干步态规划与传统步态规划的内容结合,针对FT-OrigamiⅠ给出了多种步态规划方法。对比了不同的步态策略下,其稳定裕度,步长,爬台阶高度等参数上的差异,为不同环境下对步态的选择提供了依据。同时也对机器人通过直角弯道,倾覆后的自我恢复过程进行研究,挖掘了FT-OrigamiⅠ运动性能上的优越性。对FT-OrigamiⅠ机器人的动态步态和倾覆自恢复过程进行仿真试验,分析了运动过程中质心和扭矩等的变化规律,验证了机构设计的可行性。并制作了样机,明确了控制系统的总体要求。对样机进行了调试,验证了机器人的运动能力。本文的创新点主要有:从折纸机构出发,给出了一种新型机器人的设计方案,为爬行机器人的设计扩展了思路;探究了稳定裕度分析的新方法,首次分析了爬行机器人在躯干多活动度下的稳定裕度变化规律;提出了一套倾覆后自我恢复的新策略,打破了以往四足机器人自恢复过程对腿部运动高度依赖的局限。