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自重构机器人是近年来机器人学领域出现的一个新的研究方向，它由许多简单的智能体模块构成，不需外界帮助就能动态地改变自身构型，适应外部环境，执行不同的任务，具有较好的适应性和容错性。它的功能远远超过常规的固定形状的机器人，可用在非结构环境中的搜寻营救、空间探险、海洋勘探、军事等检查及修理工作，因此具有重要的研究意义。目前对自重构机器人的研究还处于起步阶段，国内外的一些研究成果大多处于理论水平，还不具有实用性，但是自重构机器人的优点使它具有广阔的研究前景。
自重构机器人研究的基础性问题之一是模块的开发。自重构机器人模块的实现形式有多种，但较为常见和实用的是同构阵列式模块。国内外一些研究机构提出了几种机器人的模块结构，但都各有优缺点，本文在吸取它们优点的基础上，设计了一种同构阵列式的模型M-Cubes。每个单元模块由一个立方体连杆和6个可独立旋转的旋转关节组成，每个关节上有2个插孔和2个可伸缩的连接轴，相邻两模块通过各自旋转关节的两个连接轴插入对方的两个插孔中来完成对接动作，模块内部的驱动电机可以驱动6个关节转动和轴的平移。模块之间通过搭建脚手架的形式实现协调运动，本文介绍了这种运动形式的基本原理，并对它进行运动学分析来求解模块运动时的参数。
运动规划算法是自重构机器人研究的重点，目前自重构机器人的运动规划算法研究主要分为集中式算法和分布式算法。本文采用多Agent理论与元胞自动机原理的思想，提出了一种基于局部规则的全分布式算法。将每个模块作为一个智能体，首先确定简单的基于局部状态的运动规则集；在机器人的自重构过程中，模块通过与邻居模块的信息交互，获得自身状态和周围空间的状态，对照运动规则集作出判断，确定下一步的运动，从而产生合理的运动序列。
最后，为了验证系统模型和运动规划算法，本文开发了一个自重构机器人的仿真环境。选择Java和Java 3D作为开发工具，利用它们完全面向对象和多线程的特点，将仿真环境的各部分功能通过编写不同的类来定义，然后分为两个线程进行调用实现相应的功能。本文所开发的仿真环境具有友好的用户界面和实用性，可以仿真不同的机器人构型和运动规划算法。