可重构模块化机器人是一种高柔性度的机器人,它是由若干个独立的具有相同或不同尺寸和性能特征的关节模块和连杆模块组成,这些模块可以通过增减、互换,重新搭配等方式建立出适应新的作业任务需要的机器人构型。可重构机器人不但具备机械系统的可重构性,控制系统也能单独工作。现代工业生产和科学试验,工作任务都不再是单一不变,需要采用不同构形的机器人,而采用可重构机器人能够大大的降低成本,并提高效率。本文首先对德国Amtec公司生产的PowerCube可重构模块进行了初步的研究,然后利用本研究室现有的一个PowerCube腕关节模块、两个PowerCube旋转模块以及一些辅助模块,设计了两种不同构形的四自由度可重构模块化机器人,分别用来完成空间内和平面内的工作任务。建立可重构机器人运动学分析的统一模型是可重构机器人的主要内容之一。运动学分析的统一模型包括可重构机器人的正运动学模型和逆运动学模型。本文对其中的空间构形,利用D-H方法建立了PowerCube模块化机器人的广义连杆坐标系,在此基础上推导出了此机器人4×4矩阵形式表示的运动学方程。以机器人的初始位置为例求解了机器人的正解验证了运动学方程的正确性。从工程应用的角度出发,逆运动学的研究更有价值,它是机器人运动规划和轨迹控制的基础。本文在求解PowerCube模块化机器人的逆解时,利用了分离变量法将一个未知数由矩阵方程的右边移到左边,使其与其它未知数分开,解出这个未知数,重复进行,直至解出全部未知数。在求解每个关节变量时,由于运动学方程中所给出的代数方程的个数远多余求解变量的个数,其中存在着冗余的方程,因此必须通过观察和分析,找到独立的方程,求解关节变量,最后通过计算获得了此机器人的全部逆解。本文最后对PowerCube模块化机器人的控制系统和编程语言进行了研究,对控制系统的CAN总线与模块和PC机的通信做了初步的研究。在编程方面,对PowerCube模块的编程开发的重要工具:DLL(动态链接库)做了一定的研究;并对一段程序做了分析,为以后的编程开发打下了一定的基础。