可重构模块化机器人系统由一系列模块单元相互连接组成。这些模块单元具有一定的运动能力,必要的传感器和简单的功能。模块单元之间通过对接、分离及旋转等基本动作,形成不同的拓扑结构。相比其他各类机器人系统,可重构模块化机器人拥有通用性更强、鲁棒性更好和使用成本更低廉等优点。本文研制了一种由正方体模块组成的链式可重构模块化机器人。每个模块单元拥有6个接口,3个自由度。设计了一种新颖的轴孔式对接机构,由移动凸轮机构驱动销钉锁定对接,实现可靠连接。根据模块单元的结构特点,设计制造了基座以支撑模块单元,链式模块化机器人系统可在基座上实现各种构型的切换重构。每个模块单元都是一个小型的机电一体化产品,有独立的控制系统。本文为模块单元设计了硬件电路,编写了配套的软件程序,搭建了一主多从的集中式控制系统。采用集中式的控制系统,使得上位机能够方便得取得整个系统的全局信息,从而计算出更好的重构策略。将模块单元的位姿信息和拓扑关系组合为特征向量,完整反映了模块单元在机器人系统中的状态信息。在此基础上,将各个模块单元的特征向量有序组合,为链式可重构模块化机器人建立了拓扑关系矩阵,这个矩阵详细的反映了模块化机器人的构型。基于模块单元为立方体形状的特点,分析了模块单元的基本运动形式,得出链式可重构模块化机器人的所有运动形式均可归纳为姿态调整单元和L形位移单元的结论。其中,L形位移单元是实现模块单元移动的唯一方式。提出了基于辅助模块组的重构策略,分步得将链式可重构模块化机器人系统中的各个模块单元搬运至目标位置,最终实现构型切换。这样的重构策略简单有效且通用,可以实现任意链式构型之间的重构。提出了最快深度下降法,驱动辅助模块组以最快速度向目标位置移动。通过形象直观的仿真动画,验证了重构策略的可行性。采用旋量理论,建立了链式模块化机器人的运动学模型,再利用指数积方法,实现了运动学正解的自动生成。通常,在模块化机器人系统中,存在很多冗余自由度。本文基于模块单元的连接特点,找到了模块链的简化方法,从而将各类链式构型简化为阶梯状。再通过子问题方法,实现了可简化为5自由度及以下的链式机器人运动学逆解的自动生成。通过计算机仿真和实例计算,验证了上述运动学正逆解自动生成算法的正确性。