自重构机器人能根据环境变化和任务不同自主动态重构成新的构型,在非制造领域和非结构环境作业下应用日益广泛。它由功能相同的单元模块组成,每个单元模块均为一个完整独立的机器人,并且多个单元模块之间也可通过相互感知及通信组成一个可以重构构型的机器人系统。它具有系统构型多样性、可扩展性及对环境和任务的自适应性,因此具有重要的科研价值。目前自重构机器人单元模块存在几何构型相对不规则、结构较为复杂、连接机构对接时可靠性较差及自主移动能力较弱等问题,进而重构能力和重构构型受到了限制;在重构策略研究方面,传统的拓扑构型表达缺乏模块的空间几何信息,割裂了重构策略与重构运动规划,可能导致重构策略的运动规划不能实现。因此本文针对上述相关问题展开研究。设计了具有独立运动能力的混合式自重构机器人的单元模块——M2Sbot(mobile modular self-reconfigurable robot),具有类长方体的外形结构,具有4个与其它模块对接的连接面。由内U架、外U架组成,结构简单且对称。模块具有两个关节自由度,其中内自由度驱动模块直行,旋转自由度驱动模块转向。设计了独特的钩爪式连接机构并对单元模块的运动能力及构型枚举进行了分析。设计了该单元模块的控制系统。通过对模块功能需求的分析,将系统分为控制模块、驱动模块、传感模块、通信模块、电源模块等,并分别对各模块硬件电路进行了原理图设计及PCB制版,搭建了硬件控制平台。并对模块的对接过程进行分析与仿真。利用空间有向拓扑对自重构机器人多单元模块构型进行拓扑表达,在传统拓扑构型表达的基础上引入了连接面信息、连接方式信息及自由度信息。为了便于控制器识别,采用空间连接矩阵SLM(Spatial Linking Matrix)表示完整空间拓扑构型信息,并通过该矩阵自动获取单元模块的支链匹配地址,为构型的匹配奠定基础。通过空间构型识别算法对自重构机器人整体构型进行快速准确的自动识别及SLM自动生成,借助支链匹配地址获取算法获得模块的支链匹配地址,利用支链匹配方式获得非公共拓扑模块的初始位置与目标位置。最后利用模块间最小距离法确定各个单元模块间的断接位置,通过支链间的断接动作序列完成构型重构。在执行重构策略时,由于单元模块的构型设计及自由度对自重构机器人支链运动产生限制,对重构模块进行优先重构运动规划,分别针对地面构型重构和空间构型重构采用不同的规划方法。尤其针对空间构型重构支链对接的受限问题,引入了辅助模块重构方法,利用辅助模块协助空间构型实现重构。最后分别针对两种情况给出仿真实验验证,仿真结果表明了该重构策略及运动规划的有效性。