随着科技的发展进步,机器人的运动空间越来越广阔,机器人的运动模式从单一运动空间发展为多栖环境。本文以此为背景,设计开发一款三栖机器人。机器人以螺旋机构为主要运动形式,以被动轮为陆地行走机构,实现三栖运动。本文从流体动力学模型入手,构建动力学特性相同的水空运动环境,基于旋翼叶素理论进行机器人动力学模型分析。计算结果表明,水、空介质物理性质的不同对机器人旋桨转速和机器人受力有着重要的影响作用,但是能够采用同一数学模型进行描述。通过后期实验证明,该模型与实验结果吻合。基于NSGA-II多目标优化算法,量化机器人整体结构设计指标,完成参数优化模型构建,求解结构参数最优解空间。根据需求从最优解空间中选取适用于本文的结构参数完成整体结构设计,并在流体动力学分析软件中验证了结构设计的合理性。设计双回路PID控制器和自适应Backsteeping控制器,基于机器人动力学模型完成机器人位置与姿态控制。通过位置阶跃响应仿真实验验证了双回路PID控制器的合理性,通过余弦函数形式的高度轨迹跟踪仿真实验验证了自适应Backsteeping控制器的准确性。机器人姿态数据由多传感器姿态融合得到,本文设计姿态融合模型,通过卡尔曼滤波求解最优姿态角,实验结果表明该姿态融合模型效果良好。最后通过实验测量结果验证了控制方法和控制器的有效性,也验证了本文机器人动力学模型的有效性。