随着我国高速铁路、公路、水利水电工程如火如荼的进行,将会面对大量的隧道开挖工程,针对施工过程中的凿岩精度、工作效率、施工安全、工作环境等要求也越来越高。隧道凿岩机器人作为隧道开挖中钻爆法的重要凿岩施工机械,可以大大改善炮眼钻凿的位置精度、提高凿岩速率、保障施工安全等问题。本文以国外某型隧道凿岩机器人的钻臂装置为主要研究对象,对其进行了系统分析和仿真研究。运动学分析。根据建立的钻臂三维模型,运用Denavit-Hartenberg法,在每个关节上固结一个坐标系,根据机器人运动学的知识计算出各相邻杆件之间的坐标转换矩阵,再算出钻臂末端坐标系相对于基座标系的转换矩阵。然后在计算软件中编程出钻臂钎杆末端相对于基座标的坐标求解程序,运行程序后得到钻臂理想情况下的工作空间图。并对钻臂运动学逆解求解中的反变换法进行了探讨。静力学分析。在分析之前对钻臂的三维模型进行了必要的简化,将简化模型导入有限元软件中求解静力学问题。针对六种工况进行具体分析,得到了钻臂在这六种工况下的应力云图、应变云图,验证了钻臂的静力强度。模态分析。得到了钻臂前十二阶的固有频率以及各阶模态下的变形情况。在第四阶和第五阶中钻臂的变形情况最严重,在实际工作过程中应尽量避免在此两阶频率中工作,以免产生共振现象,破坏钻臂的结构强度。最后在模态分析的基础上对钻臂进行谐响应分析,求解出三种工况下钎杆端面和小臂上表面的幅频响应曲线,得到了钻臂发生共振的幅值、频率以及主振型等数据。为分析钻臂的动态特性以及优化设计提供了理论和数据支持。本文在对钻臂的研究中综合运用了各种建模、计算和分析软件,体现了现代设计方法的优越性,对隧道凿岩机器人的研究和优化设计等具有一定的参考意义。