自重构模块化机器人因其优越的适应性、鲁棒性与自修复性受到国内外许多研究人员的关注。而目前存在的单元模块大多无法自主移动、外形不规则，因此可重构的构型有限；同时，很多构型表达方法都无法自动对系统进行表达，因此增加了控制研究的难度；由于没有找到合适的构型表达方法，所以割裂了重构算法与运动分析的关系。因此，本论文针对以上问题做出了相应的研究，为自重构模块化机器人从理论研究推广到实际应用奠定了一定的基础。本文设计了同构的可移动自重构单元模块，可实现平面内的全方位移动，对单元模块进行了拓扑构型表达分析，建立了空间数学模型。结合图论与有界深度优先搜索算法，提出了空间拓扑表达的自动生成方法，可以以数学语言完整地表达构型连接信息以及空间信息，弥补了现存的拓扑表达方法只能描述平面信息这一缺陷。用这种拓扑表达方法与D-H方法结合，可以自动且准确地对构型的空间位姿信息进行描述，并对多模块系统的运动学、动力学进行了分析，推导了链式构型变形运动的普适公式并给与了证明。该普适公式能够准确地预测变形支链末端的运动轨迹，能够有效地防止并行变形/运动中的干涉问题，为构型的变形与运动控制提供了有力的理论依据，减少了数学建模的计算量，实现了运动学方程的自动生成。基于牛顿-欧拉方程对整体系统的动力学进行了举例讨论并提出了切实可行的动力学方程自动生成方法。最后，对常用构型的运动协调规划，包括变形、运动步态以及翻越台阶障碍运动进行了分类讨论，得到了可越障条件，并对变形与运动进行了仿真。