张拉整体结构由不连续的压杆和连续的拉索构成,预张力在结构的内部形成连续的闭合回路,并与离散的预压力相互平衡。动态张拉整体结构利用了张拉整体结构形态与结构内力相关的特性,在结构内部引入驱动构件,通过改变构件长度和构件内力水平实现了对结构的形态与运动控制。本文给出了动态张拉整体结构在任意驱动策略下的状态和约束的数学描述,建立了动态张拉整体运动优化控制的通用理论模型。采用增量动力松弛法实现动态张拉整体的运动跟踪分析,开发了考虑碰撞的动态张拉整体结构仿真模拟程序模块。提出了基于遗传算法的运动优化控制模型求解方法,并通过一系列算例验证了方法的可行性。研究了动态张拉整体结构的爬行行进模式。建立动态张拉整体的爬行步态优化设计模型,选取六杆张拉整体结构为计算模型,研究了模型在6种作动器数量、两种基本触地情况与两种基本负载情况下的爬行行进步态,获得一系列基本爬行步态及其驱动测量,分析了基本爬行步态的运动特征。研究了动态张拉整体结构的翻滚行进模式。建立动态张拉整体的翻滚步态优化设计模型,同样选取六杆张拉整体结构为计算模型,研究了模型在6种作动器数量、两种基本触地情况与两种基本负载情况下的翻滚行进步态,获得一系列基本翻滚步态。分析了六杆张拉整体翻滚步态的特征,探讨了触地平面情况、驱动布置情况、负载情况等对翻滚步态的影响,提出了以旋转轴和旋转轴位移量为参考的翻滚步态分类方法。提出了包含构型特性、运动特性、能耗特性三个一级指标和结构质量、有效载荷、行进速率、总驱动长度等十二个二级指标的动态张拉整体性能评价体系。给出了各个指标的定义和计算方法,并对基本翻滚步态下的六杆动态张拉整体的性能进行了较为全面的评价分析。分析表明:六杆动态张拉整体可以搭载结构总重量74%的有效荷载,初始有效负载空间可以达到结构总体积的15%;翻滚过程中质心位置高度变化不超过结构总高度的16%,闭合三角形触地情况下基本步态的行进过程较非闭合三角形触地情况更为稳定;随着驱动构件数量增加,同一翻滚步态的总驱动长度增大而最大驱动长度、平均驱动长度降幅不显著。对六杆动态张拉整体的爬坡性能进行了深入的分析,设计得到了一系列爬坡步态。针对动态张拉整体在斜坡上发生滑动、滚动的情况,探讨了动态张拉整体在斜坡上保持静止状态的能力。测试了基本步态在斜坡上的适用性,对无法通过基本步态实现有效爬坡的情况进行了在闭合三角形触地和非闭合三角形触地情况下的爬坡步态设计,获得一系列爬坡步态,实现系统在不同方向角下的10°斜坡爬坡要求。提出了基于基本步态和基于任意步态的两种行进路径设计方法。提出以基本步态为基础、以基本步态的组合为实现方式的基于基本步态的行进路径,验证了其可行性。提出可以描述任意模型、任意驱动策略情况的基于任意步态的行进路径;该路径同样可用第二章提出的运动优化控制的通用理论模型进行描述并同样可采用GA进行求解,其可行性通过越障路径的设计和爬坡路径的设计两种情况进行了验证。制作了六杆动态张拉整体结构原理样机,并进行了基本步态试验和行进路径试验,验证了本文提出的动态张拉整体结构分析设计方法的可行性,验证了步态设计和路径设计结果的正确性。本文的工作提出了动态张拉整体结构步态设计与路径规划的通用理论模型,初步建立了动态张拉整体结构的性能评价体系,为动态张拉整体结构的设计与评价提供了理论与方法支撑。