可重构机器人是一种能够根据任务需要重新组合构型的机器人,由独立的具有相同或不同尺寸和性能特征的可互换的连杆和关节模块组成,能够被装配成不同构型的机器人,以适应不同的工作,具有可重构、可调节、可重复使用的优点.目前,面向任务可重构的机器人系统的研究已成为今后智能机器人研究中新的发展方向之一.该文对可重构机器人运动学问题进行了理论研究.在分析了可重构机器人模块设计的基础上,对运动学问题采用不同方法分正、逆运动学两方面进行研究.首先采用运动学研究中普遍使用的D-H参数方法进行运动学建模与分析.在构型确定、建立D-H坐标系后便可求出关节和杆件的参数.用4×4齐次变换矩阵描述相邻两杆件的空间关系,计算其正运动学解;逆运动学问题采用几何方法进行分析求解.构型变化后,进行必要的修改和调整,D-H参数法可推广用于分析大多数构型机器人运动学问题.但由于D-H参数法的构型相关性,使其并不能很好地满足可重构机器人运动学研究的通用性要求.该文的重点内容是在旋量理论的基础上,从刚体运动研究出发,讨论一种与机器人构型无关的运动学算法——指数积公式法,并研究推导了基于指数积公式法的逆运动学算法.以刚体运动的指数表示方法建立运动学数学模型,在此基础上,以旋量、群论、矩阵理论等数学手段为基础,得出与机器人构型无关的运动学正解的指数积公式,为可重构机器人的研究提供了一种可行有效的方法.逆运动学问题分别研究了应用子问题分析的封闭解算法和基于指数积公式不同形式推导的数值迭代算法.在可重构机器人逆运动学问题研究的应用上,数值算法的构型通用性和封闭解算法的实时计算快速性可以优势互补.完成理论推导后,使用Matlab软件对所研究算法的正、逆运动学进行了数值仿真,并在理论的基础上,编写了各部分程序.运用Matlab下的GUI开发了以基于旋量理论的指数积公式方法为核心算法的计算软件.实现了算法的通用性,通过多个实例分析验证了软件的正确性与可行性.