模块化自重构机器人由许多具有一定智能的模块相互连接组成，其模块具有互换性、可自动重组特性和一定的感知、计算能力，机器人利用模块的感知能力感知周围环境，通过改变模块间相对位置与相互连接关系来改变自身构形以适应周围环境，扩展运动形式，完成多种任务。模块化自重构机器人与传统机器人相比，具有模块化、自重构、自修复、丰富的运动形式、高可靠性与良好的经济性等特点，适用于环境复杂、任务复杂的场合，如太空探险、救灾救援、空间结构构建等场合，也可以用于教育机器人、服务机器人等领域。由于其具有优良的特性与广阔的应用前景，正引起越来越多的国家及研究机构的重视。及时开展模块化自重构机器人关键技术的研究，对于提高我国在自重构机器人领域的科研水平，扩展机器人应用背景等具有重要的理论及现实意义。　　模块结构特性对于自重构机器人的整体性能有重要影响。模块的自由度、几何形状、连接机构、负载自重比等特性直接影响着机器人的重构能力、运动能力、负载能力。通过对现有自重构机器人模块自由度与几何形状的分析，提出了新型单转动自由度立方体模块，该模块组成的机器人兼具阵列式机器人稳定的空间结构特性与串联式机器人灵活的运动特性。通过对现有连接机构原理、特点综合对比分析，提出了一种旋转钩子机械结构与磁铁相结合的平面连接机构，该连接机构具有结构紧凑、连接可靠、分离容易且不需额外的空间，维持连接或断开状态不需能量等特点，提高了机器人的重构和运动时的可靠性，减小了模块质量，提高了模块负载自重比。模块自带电源，采用无线通信，彻底解决了重构过程中模块间线缆缠绕问题。　　在研制的自重构机器人模块基础上，研究了基于拓扑构形改变的自重构机器人面向移动任务的重构策略。采用相对方位矩阵对模块及其周围环境进行描述，建立了模块的可避障运动规则库，使用基于拓扑构形改变的宏动作减小搜索空间，提高了规划效率，解决了少量模块穿越复杂环境完成移动任务的重构规划问题，并在此基础上进一步研究了基于动态子单元的三层规划策略，通过对机器人进行动态子单元划分与模块在重构过程中的功能指定，将搜索空间与子单元个数间关系由指数关系变成线性关系，提高了规划效率，解决了较大规模的机器人构形的重构规划问题。通过仿真实验对提出的重构规划策略进行了验证，证明了重构规划策略的有效性与可行性。　　自重构机器人的另一个显著特点是具有丰富的运动形式，通过对自重构机器人典型构形的模块方位组成特点、运动控制规律进行分析，建立了典型构形的标准构形，使用相对方位系数与标准步态表的方法解决了自重构机器人构形中模块地址可变、数目可变、方向可变的整体协调运动控制难题。　　最后，建立了自重构机器人仿真与控制系统、物理实验系统，对提出的自重构机器人模块的连接功能、重构功能、通信功能进行了实际验证，并对机器人典型构形的整体协调运动控制策略进行了实验。在实验中，自重构机器人的模块能够可靠的连接、断开、具有较强的重构能力与整体协调运动能力，表明对自重构机器人关键技术的研究成果是正确的，可行的。