随着全球反恐形势日益严峻,以及重大自然灾害频繁发生,能够在搜救、排爆、消防等工作中代替或部分代替人去执行和完成这些危险任务的特种机器人得到了越来越多的重视。现有的特种机器人多是针对特定任务进行设计,多功能性和扩展性有限,为了应对多样化的突发任务,势必要保持一定数量功能不一的特种机器人。这就需要大量的投资,一定程度上造成了资源的浪费。考虑到这种情况,本文通过对现有特种机器人进行分析,提炼出一套模块化特种机器人系统。该系统将模块化方法应用于特种机器人领域,以有限的模块满足多样化的任务需求,在拓展特种机器人应用领域的同时兼顾成本。本文的主要创新性工作如下:1、提出了一种由非模块化机器人获得模块化机器人系统的自底向上的设计方法。该方法从功能角度出发对攻击、排爆、侦察和消防四类特种机器人进行体系结构研究,根据功能结构对特种机器人进行模块划分,为模块库构建提供指导和依据。该过程中应用IDEF0建模方法建立系统模型,诠释系统体系结构,为模块化特种机器人系统后续开发奠定基础。该方法实现了由功能相似的非模块化机器人获得模块化机器人系统的设计过程,为模块化特种机器人系统的设计提供了一条新思路。2、提出了一种基于公理设计的模块化机器人配置设计方法。该方法根据功能需求和设计参数的分解结果,确定模块的选择和装配的顺序,通过运动学/动力学参数分析和SolidWorks仿真对配置方案进行验证,为模块化机器人的配置设计过程提供了一套简洁清晰、易于实施的标准设计流程。作为一种模块化特种机器人配置方法对开展模块化机器人设计方法研究有一定的借鉴意义。3、针对特种机器人的配置设计,提出了使能模块和结构模块的概念。结构模块指需要进一步分解并进行运动学/动力学分析的模块,使能模块是指能够根据性能指标加以选择并实现特定功能的模块,以这两种模块的出现作为分解中止的标志,使得功能分解的停止点更加清晰,更符合模块化产品的特点,在保证设计质量的前提下简化了分解过程,节约了新产品开发时间。4、在分析功能特征及关键技术的基础上,提出了设计系统的整体框架,利用VC++开发环境并借助SQLServer 2000数据库管理系统,开发了模块化特种机器人设计系统应用算法,实现了原型系统,该系统能够有效地对模块库进行管理。