随着现代机器人技术的飞速发展,各种可重构模块化机器人出现在人们的视野中。这类机器人具有通用性强,可重构性好,可扩展性强,制造价格低廉、具有柔性等优点。本文设计了一种基于模块库的可重构机器人开发套件系统MLRS,它是一款轻量级和桌面级的机器人,可用于高校机器人类课程的配套实验机器人,也可作为机器人爱好者的开发工具。本文主要研究内容包括以下五个部分。根据基于功能结构的模块化设计方法将MLRS机器人的模块库划分为基础模块,通用模块,专用模块三类。详细设计模块库中的所有模块及连接件,运用SolidWorks虚拟开发设计模块三维图。使用MLRS机器人的模块库重构出多种单元模块。给出X模块的物理构型,利用图形表示法表示机器人的物理构型,用数学矩阵法表示数字信息同时构建出结构矩阵。对单元模块的自重构判断条件进行研究得到判断条件并构造判断矩阵,最终得到构型自重构操作判定步骤流程框图。利用排列组合方法得到不同自由度下MLRS构型库中的总构型数目,同时具体给出八种典型机器人构型的三维渲染图。借助SolidWorks Simulation对多种模块和构型进行有限元仿真,根据仿真结果确定临界参数并进行优化设计。选取构型库中的六自由度机械臂构型进行运动学分析,利用D-H参数法建立运动模型确定各关节的D-H参数,利用MATLAB解算变换矩阵并对运动学正解和逆解进行数学分析。使用Robotics Toolbox机器人工具箱进行机械臂仿真实验,通过得到的实验结果验证三维模型和运动模型的正确性。建立六自由度机械臂实验系统,使用实验系统完成通信控制实验和示教再现抓取实验,通过两个实验证明MLRS的机械结构设计和理论分析的正确性以及通信系统和控制系统的可靠性。