我国山岭隧道施工以钻爆法为主,当进行软弱围岩施工时,须采用钢拱架作为初期支护,以保证施工安全。而国内普遍采用的人工安装方式己难以适应隧道快速施工的要求,需要一种拱架安装专用设备。拱架安装机集钢拱架运输与安装等功能于一身,其核心工作装置是拱架安装机械手。拱架安装机械手的结构性能直接关系到整机的作业性能和制造、使用成本,对其进行深入研究具有重要意义。本文在分析我国隧道施工环境和钢拱架安装工艺的基础上,提出拱架安装机的设计方案,并对拱架安装机械手进行运动学和动力学进行研究。论文主要内容如下：首先对国内外现有的拱架安装设备性能和特点进行对比分析,结合我国隧道施工要求,提出拱架安装机的设计方案,介绍其主要结构和工作原理,并运用SolidWorks软件建立拱架安装机械手的三维模型,为后续的仿真分析作准备。其次结合拱架安装机械手的结构特点,运用D-H法建立拱架安装机械手的运动学方程,并验证运动学方程的正确性；采用蒙特卡洛法和Matlab软件求出拱架安装机械手的工作空间。采用牛顿-欧拉方程法对拱架安装机械手进行动力学分析,介绍其递推过程；运用ADAMS软件建立拱架安装机械手的虚拟样机模型,对其进行运动学和动力学仿真分析,得到小臂平衡机构的调平偏差以及各油缸和铰点的受力情况,为油缸的选型设计和有限元分析提供必要的参数。最后运用COSMOSWorks软件对拱架安装机械手的伸缩臂进行有限元静力分析。根据虚拟样机仿真结果提供的铰点力,校核伸缩臂在危险工况下的强度和刚度,为以后的结构优化、改进设计提供条件。