城市环境将成为未来作战的中心舞台。在城市地区进行的非平衡对抗,对军事规划者来说是一个挑战。适时的进行侦察、监视和目标捕获(RSTA)是在城市环境作战最重要的问题。可抛投翻转越障机器人具有体积、重量小,越障能力高,部署速度快等优点,在实际应用中具有较大优势。本论文针对北京理工大学研制的第一代翻转越障机器人存在的问题,开展相关关键技术研究。重点进行优化设计,以提高其对楼梯的适应性以及攀爬楼梯的稳定性;进行抗跌落冲击技术研究,使其能够以抛投的方式部署;进行基于单目视觉的局部自主移动技术研究,降低机器人的操控难度,提升实际应用的作战效能。本论文主要包括以下研究工作:可抛投翻转越障机器人爬楼梯稳定性与适应性优化设计。对机器人爬楼梯过程进行运动学分析,得到影响机器人爬楼梯性能的设计参数。对机器人的设计参数的运动学约束进行分析,得到其取值范围。根据机器人爬楼梯过程的牵引力需求制定目标函数。对机器人爬楼梯过程进行动力学分析,得到目标函数的计算方法。使用田口方法对机器人进行优化设计,并分析机器人的设计参数对目标函数的影响,得到使机器人对楼梯适应性更强并且爬楼梯过程更稳定的结构参数组合。利用动力学仿真验证最优参数组合下机器人的爬楼梯性能。可抛投翻转越障机器人抗跌落冲击技术研究。设计可折叠支撑臂机构,排除机器人跌落过程中支撑臂的影响。建立轮式移动平台的跌落模型,分析模型在跌落冲击下的响应,得到移动平台车轮的最大压缩量、跌落过程最大加速度与跌落高度、跌落冲击固有频率之间的关系。采用回字型简支梁模拟移动平台壳体在跌落加速度下的内部应力与变形,得到其最大应力、最大变形与壳体厚度、载荷重量的关系。根据得到的参数关系,选择合理的设计参数,对轮式移动平台进行抗跌落冲击设计。采用有限元仿真软件ABAQUS模拟轮式移动平台跌落过程的受力情况,并根据仿真结果对机器人的结构进行改进。可抛投翻转越障机器人局部自主移动技术研究。对机器人侦查摄像头的安装与视角进行设计。以侦查图像为基础,提出了用于室内典型场景图像的改进SLIC超像素分割算法,使超像素的边界能够更好的依附在目标的边界上。提出了改进的DBSCAN超像素区域合并算法,对得到的超像素分割图像进行合并,得到与人工分割相似的分割结果。根据图像分割结果,识别室内典型场景下的无障碍区域。对无障碍区域进行路径识别,得到机器人自主移动的路径。为机器人的局部自主移动提供支撑。研制第二代可抛投翻转越障机器人样机。进行机器人楼梯翻越试验,验证优化设计的有效性。研制可折叠支撑臂机构,并进行可折叠支撑臂遥控展开、平地翻转支撑试验。为机器人安装侦查载荷,进行室外移动、草地移动、室内移动、楼梯翻越过程中的侦查试验,验证侦查摄像头安装的合理性与机器人通过侦查视频遥控的可行性。进行室内典型场景的路径识别试验,验证所提出的室内典型场景的路径识别算法的有效性。