被动关节式星球探测车由于其自身机构简单且具有良好的被动适应地形能力及崎岖地形运动性能,已成功应用于星球探测中并表现出了优异的移动性能,受到各国相关机构的重点研究,使该类构型被广泛的拓展衍生。随着我国探月工程项目的启动,开发一款具有自主知识产权、性能良好的月球车,并对其相关关键技术进行研究具有深远的科技和政治意义。作为一种技术的继承和发展,本文提出了一种新型被动关节式构型的八轮月球车,该月球车移动子系统以被动连杆关节式悬架为基础,结合连杆机构,采用悬架对称结构,并在连杆悬架间采用扭杆弹簧作为减振和重力重新分配调节装置。该新构型在尽量减少悬架质量的前提下提高了探测车的越障能力和地形适应能力,减少了移动子系统运动方向的差异性。利用月球车悬架设计的一般性方法确定了悬架的基本构型尺寸,并对扭杆弹簧在月球车悬架设计中的应用作了详细的分析,对其减振性能进行了实验研究。通过仿真和实验表明该新型月球车构型具有良好的地形适应能力和运动性能。作为未来星球探测发展的重要备选构型,其运动学的建立和分析至关重要,针对被动关节式月球车机构特点,以新型八轮月球车为例,基于D-H坐标、平坦地形和三维地形的三种被动关节式月球车的运动学模型被建立,并根据其不同特点,详细分析了三种运动学模型的应用场合和适用条件,为被动关节式月球车的控制和仿真做了基础理论准备;并且结合D-H坐标模型,推导了关节式月球车一般性运动学公式,为关节式月球车的共性研究提供了一个参考模型。为研究被动关节月球车在崎岖地形中的可通过性以及为规划仿真提供理论基础和估计模型,提出了一种崎岖地形中被动关节式月球车运动学参数估计的数值求解方法。该方法以被动关节式月球车为研究对象,融合关节机器人D-H坐标建模方法构建月球车悬架位姿运动模型,和以侧倾、俯仰和偏转角表示姿态的欧拉角方式建立车轮到世界坐标系的悬架完整表达模型。在此基础上针对模型的高度非线性,利用带有迭代因子的连续迭代和离散迭代数值方法建立求解算法。但由于月球车环境应用的特殊性,通过改进轮地接触模型,又提出了一种基于松软崎岖地形被动关节式月球车运动学参数估计的方法,并以新型八轮月球车为例,通过仿真和实验表明建立的基于数值方法的崎岖地形被动关节式月球车姿态估计模型正确,其求解模型精度能够满足规划和可通过性判别仿真要求。针对月球表面地貌的复杂性和基于二维地形的轨迹规划方法的局限性,提出了一种崎岖地形中约束条件下的被动关节式月球车轨迹规划方法。该方法以崎岖地形中被动关节式月球车姿态估计数值方法为核心,利用参数化控制原理和数值求解方法,轨迹规划阶段考虑地形崎岖的影响,通过轨迹规划步的求解中结合姿态估计算法来实现轨迹规划阶段对轨迹的补偿,而不采用反馈实时修正规划轨迹的偏差。仿真表明该方法可作为被动关节式月球车在崎岖地形中一种新的参数化连续轨迹生成方法。月球环境往往存在很多月球车不可逾越的障碍,基于约束条件下的轨迹生成方法,提出了一种多障碍物环境下月球车轨迹生成方法。该方法通过对障碍物在连续空间的建模,并把其作为轨迹规划的一个约束条件,通过数值方法对约束条件下轨迹模型的求解来生成参数化轨迹。仿真表明该方法可作为多障碍物环境中月球车参数化轨迹规划的一种新方法。为了减少月球车在崎岖地形中运动时被动悬架间能耗,同时提高月球车在松软地形中的运动性能,提出了一种基于轮地接触角估计的崎岖地形中被动关节式月球车的多轮协调控制方法。该方法利用悬架与地形的几何约束关系以及D-H运动学方程中的特征性关系建立的崎岖地形中轮地接触角估计模型,利用速度匹配原则,结合运动学模型来协调控制月球车车轮。为了进一步提高松软地形中月球车运动性能,提出了一种基于最佳滑转率的松软地形月球车滑模变结构控制方法,该方法利用地面力学原理建立月球车动力学模型,在状态空间结合车轮与地面的接触力学原理,基于得到的最佳滑转率,利用滑模变结构控制方法对月球车进行控制。结果表明,该方法能够有效的提高松软地形中月球车的运动性能。