开展模块化自重构机器人的研究对于提高我国在该领域的科研水平、扩展机器人的应用背景等具有重要的理论及现实意义。机器人的模块结构对于自重构以及整体运动功能具有重要的影响，对三维空间机器人而言，要求模块具有一定的空间对称性和规则的几何形状，并且具备足够多的自由度，以提高系统的运动及自重构功能。 为此，本文提出并研制了一种新型的正立方体均一阵列式模块结构，具有一个转动自由度和四个均一式平面连接自由度。所构成的机器人系统兼具阵列式和串联式机器人系统的优点，模块不但能够借助于邻接模块的帮助实现灵活的空间运动功能，而且，多个模块按照特定的方位关系相互连接，可以实现丰富的整体运动构形，大大提高了机器人的运动灵活性，此外，模块的结构简单，制造方便，控制容易。自重构功能是模块化自重构机器人系统的典型特征，可以通过改变模块之间的连接关系，实现整体构形拓扑结构的自动改变。根据模块的结构特点，提出了机器人的构形表达方法和模块组的运动描述方法，并通过分布式通讯和集中式通讯的结合，实现了构形的自动识别和重建。参照阵列式机器人系统的自重构特点，针对几种典型的阵列式机器人构形，即单层双列构形、双层双列构形和三维空间构形，分别进行了自重构规划策略的研究，提出了基于子单元结构的分层规划策略，仿真实验表明该规划策略搜索空间小、求解效率高。最后，针对串联式系统整体运动构形的结构特点，采用离线规划方法实现了几种固定构形之间的自动转换。 　　除了自重构功能外，所提出的模块化自重构机器人系统同时还具有串联式系统的整体构形运动功能。针对几种常用的关节型仿生机器人整体运动构形，分别提出了相应的运动规划方法。整体构形的有效运动，需要所有运动模块之间具有严格的时序关系，为了有效地协调多个模块之间的同步运动，采用了步态控制表作为实现同步协调运动的控制方式。此外，采用了无向编号连通图方法进行串联式构形的表达，提出了基于关键节点的构形匹配策略，实现了当前构形与库存运动构形之间的自动匹配和运动形式的自动选择。 　　最后，建立了模块自重构机器人的仿真及硬件实验系统，通过实际实验验证了模块及子单元结构的基本运动功能，针对整体运动构形及其规划方法，分别进行了履带式滚动构形、蛇形蠕动构形、四足行走构形以及T形构形的实验验证。