随着航天事业的不断发展,空间机器人的应用越来普遍。由于太空环境和空间任务的特殊性,传统机械臂在执行空间在轨任务会面临着构型单一的缺点。为了解决这一现实问题,本文研制了一种具备自重构能力的链式四自由度模块化机器人,这种机器人由关节和对接接口构成,能够按照任务需求改变自己的构型。同时,每个模块包含模块化电气系统和对接装置。首先,设计了链式四自由度模块机械结构,每个模块由四个关节、主动对接头和被动对接头组成。运动关节由电机和谐波减速器以直连的形式构成,在关节中集成有关节力矩传感器、温度传感器、陀螺仪、加速度计和霍尔传感器。对接接口由主动对接头和被动对接头组成,主动对接头采用了一种形状记忆合金(SMA)双程旋转驱动器进行驱动,以双层凸轮机构和钩爪作为执行机构,被动对接头由具备空间5个对接面的接口组成。同时,运用Ansys Workbench软件对机构中的关键零部件进行了刚强度分析,利用Adams软件进行了对接头的对接仿真分析。其次,搭建了基于Arduino的对接机构的电气控制系统,设计了两路放大电路对SMA进行驱动,驱动执行机构完成不同模块的对接。设计了基于红外强度测量的位姿测量模块,为对接模块提供位姿信息。同时,建立了基于红外位姿测量模块的位姿计算运动学模型,并完成了对接模块位姿信息的计算。再次,提出了模块化机器人常用的三种构型,并对其中的链式构型进行重构策略的指定,让两个模块可以重构为一个新的链式模块。建立了模块的运动学模型,利用主、被动对接接头的D-H参数得到位姿信息,进行逆运动学求解。构建了两个模块运动轨迹中的起始点和终止点,同时,对两个模块在重构过程中的轨迹进行了规划。利用指定的系列参数搭建仿真平台,对重构过程进行了运动学仿真。最后,搭建了链式四自由度机器人地面实验平台,利用两个链式机器人分别进行了主被动对接头的对接容差实验和重构实验。验证了本文所提出重构机器人设计的合理性和有效性。