可重构机器人是由一系列不同规格的模块组成的智能机器人,它能够根据不同工作环境和任务要求调整改变自身构形而快速构建成最佳工作构形。构形综合是可重构机器人研究的重要内容。冗余度机器人是自20世纪80年代末发展起来的一种先进机器人系统。利用其自身所具有的冗余特性,研究如何使冗余度机器人实现容错操作,已成为一个十分活跃的研究领域。当把冗余度的概念引入可重构机器人,结合两种机器人的优势特性,将使可重构机器人在容错操作方面具有突出的优越性和广泛的应用前景。本文对冗余度机器人的容错规划、可重构机器人系统的概念设计、运动学自动建模以及基于容错性能冗余度可重构机器人的构形综合问题进行了细致的研究。首先,分析研究了冗余度机器人的基本理论及其运动学优化算法,对容错空间和退化条件数两种容错性能指标进行了理论分析和处理。综合考虑退化条件数和关节运动限制两种指标,构造了冗余度机器人的运动规划优化指标函数,在使得机器人具有良好的容错操作灵活性的同时,保证了冗余度机器人各关节在其相应的运动范围内运动。然后,根据可重构机器人的应用需求归纳了其系统的一般设计原则,并以此为依据,对可重构机器人系统进行了概念设计。研究了可重构机器人系统的运动学自动建模方法,包括自动求解机器人正运动学方程的方法以及自动求解机器人的雅可比矩阵的方法,克服了传统的D-H法必须根据不同的机器人构形重新推导相应运动学模型所带来的不便。接下来,明确描述了基于容错性能的可重构机器人构形综合问题,并分析说明了用以解决构形综合问题的遗传算法的基本原理。将可重构机器人构形综合实现过程分解为构形搜索以及构形遴选两个阶段工作,分别详细阐述了两个阶段工作实现算法的方法和流程,其中着重说明了用以实现构形搜索的遗传算法的内部细节,包括算法中构形染色体的编码与解码方法、初始种群的产生方式以及选择、交叉、变异等基本遗传操作的具体实施方法等。最后,利用Matlab实现了本论文提出的构形综合算法。针对给定目标任务,基于容错操作性能,分别对平面3自由度以及空间4自由度的可重构机器人构形综合问题进行了仿真研究。仿真结果表明,本论文所提出的构形综合算法能够有效地搜索遴选出具有相对最优的容错操作性能的可重构机器人构形。