近年来,月球及火星上熔岩管天窗的陆续发现,证明了星球地下存在着巨大空间,是目前深空探测任务中的高价值目标。星球熔岩管包含松软地形、悬崖环境、硬质崎岖路况等极端地形特征,是典型的非结构化地形,现有的星球探测车难以通过。尽管目前各国展开了星球熔岩管探测计划,但由于星球地下环境的几何物理特征数据稀缺,相关的机器人技术仍处于探索阶段。本文从现有的星球熔岩管悬崖环境数据出发,完成星球探测车的机械系统优化设计和实物样机研制,提出了适合于星球熔岩管探测车在天窗悬崖处移动的控制策略,为熔岩管探测车移动系统设计提供一种解决思路。在移动系统机械结构设计部分,基于已探测到的地球及外星球熔岩管地形几何物理特征,对探测任务需求进行分析,并以此确定主要技术指标及机械结构总体设计方案。基于探测车构型,确定移动系统的目标优化参数,构建载荷分配目标、稳定性目标等优化函数,引入地面通过性、干涉条件等约束条件,进而利用单目标遗传算法迭代求解参数优化结果。基于已有的探测车构型及主结构参数,对星球熔岩管探测车结构进行机械设计;并利用有限元软件对其中关键零部件进行刚强度分析。在移动系统控制策略设计部分,基于设计的熔岩管探测车机械结构,建立其在松软/硬质平地上与斜坡上的运动学模型,并且通过分析轮地接触相互作用力学模型,建立松软/硬质平地及斜坡上的探测车动力学模型。为了能够更好地完成探测任务,根据推导得到的运动学模型,设计基于MPC的轨迹跟踪控制策略,并通过仿真进行效果验证。考虑到悬崖环境下探测车移动容易出现滑移现象,提出熔岩管探测车在岩壁上的运动优化目标,基于推导得到的动力学模型与MPC跟踪控制策略,提出车轮-绳轮的协调跟踪控制策略,通过仿真试验验证跟踪效果。在移动系统试验验证部分,基于设计的星球熔岩管探测车移动系统机械结构及控制系统,开展仿真试验,对于探测车在松软/硬质平地上的越障能力、抗倾覆性等地面通过性能进行测试,并对探测车在悬崖环境中的横纵向移动能力进行试验。为了进一步确定熔岩管探测车在极端地形上的工作性能,搭建移动系统的软件平台和硬件系统,完成移动系统原理样机的研制,并开展整机实验验证车辆在松软地形与大坡度岩壁上的通过性。