模块化机器人由多个具有相同结构和通讯方式的基本模块单元组成,具有构型灵活多变、互换性良好的特点。外肢体机器人作为一种新型的可穿戴机器人,可以通过穿戴的方式固定在使用者身上,作为额外的机械肢体协助穿戴者完成一系列复杂、高强度的作业任务,具有良好的应用前景。本文将两者的概念相结合,利用一种链式构型的模块化可重构机器人组成外肢体机械臂,构成模块化外肢体机器人,使其可以灵活切换构型,具备较强的适应性。本文首先对模块化外肢体机器人构型灵活多变的特点进行分析,选用六个基本模块单元构成了一种基座端三轴线平行,末端三轴线垂直的典型构型六自由度外肢体机械臂。通过D-H参数法对该构型的模块化外肢体机械臂进行运动学建模,并对其进行了正、逆运动学的求解及验证。最后利用蒙特卡罗方法对典型构型下的模块化外肢体机械臂工作空间进行求解,并将穿戴装置和穿戴者安全工作范围考虑进去,得到了实际的模块化外肢体机器人工作空间。设计了基于位置的阻抗控制策略来实现模块化外肢体的末端柔顺控制,并针对拖动示教这一典型的柔顺控制应用场景设计了具体的控制流程。通过Simulink仿真,分析了阻抗参数对柔顺控制系统的影响。设计了末端执行器的重力补偿算法,消除了末端执行器重力对传感器读数的影响。最后通过建立人机系统全局坐标系和坐标系关系推导,实现了对穿戴者运动的补偿,消除了穿戴者运动对外肢体末端运动的影响。利用圆柱体包围盒对模块化外肢体及障碍物进行模型简化。选择人工势场法作为避障路径规划的基本算法。改进人工势场法引入目标点距离因素,建立新的势场函数,解决了远处目标点引力过大和障碍物附近目标点不可达的问题。以总势能作为指标,在关节空间中搜索最优关节角度组合,并通过设置中间路径点作为虚拟目标点的方法解决机械臂陷入局部最小值的问题。根据以上工作给出了基于改进人工势场法的外肢体避障路径规划算法流程。最后,根据方案和算法设计,搭建了模块化外肢体机器人实验平台。通过模块快速拆换实验和辅助作业实验验证模块化外肢体的基本性能;通过柔顺拖动实验验证了柔顺控制算法的正确性;通过Coppelia Sim仿真,验证了避障路径规划算法的可行性。