模块化自重构机器人是一种由许多智能模块组成的多机器人系统。它利用模块之间的相互运动来改变自身的结构形状以适应不同的工作环境,能胜任普通机器人无法完成的任务。其涉及的科学领域广泛,具有很高的理论研究价值和广阔的应用前景。本文首先提出并研制了一种新型的三维阵列式同构自重构机器人,其基本模块外形为立方体,在它的6个面上对称的安装了圆盘形的对接面,模块内部利用全齿轮的传动方式实现了6个连接面的自由转动,每个连接面上都安装了一套轴孔锁定装置用来实现相邻模块的对接。整个模块结构简单,紧凑,易于控制。然后对该自重构机器人的对接过程进行了研究,分析了两个连接面在对接时可能存在的位姿偏差问题,利用空间几何的原理将此偏差通过易于测得的距离量来表示,并设计了一套红外测距系统采集此距离量,从而最终得出两连接面之间的位姿误差量,将其反馈给电机进行补偿后,便可实现连接面的完全对中。模块化自重构机器人利用模块之间的相互对接和分离能够实现许多不同的静态构型。为了区别这些不同的构型,本文结合图论的相关知识提出了用特征向量矩阵来描述系统构型以及单个模块状态的方法。在此基础上对模块的基本运动形式进行了分类以及归纳整理,