本课题来源于国家自然科学基金重大科研仪器研制项目:深部巷道/隧道动力灾害物理模拟试验系统。模拟试验是在相似材料研制配比的基础上,对地质模型进行加载、开挖、支护到岩爆的全过程进行相似模拟。对进一步揭示深部巷道/隧道岩爆等动力灾害的形成机制和规律具有重要意义和价值。本课题所设计研究的岩孔侧壁钻孔机器人是模拟试验系统中为支护提供锚杆安装孔的主要设备,对岩体加固起到关键作用。本文首先介绍了国内外工程应用的锚杆钻机的研究现状,通过对比国内外锚杆钻机的驱动形式和操作方式,结合模拟试验系统的要求,进行了岩孔侧壁钻孔机器人的结构设计,主要对各关节进给定位机构、支撑机构进行设计以及根据结构特点进行驱动电机的选型计算。其次,在简化结构后对岩孔侧壁钻孔机器人进行了正、逆运动学分析,得出了执行器末端的可达工作空间,验证了钻头的运动过程满足技术要求,在钻孔过程中,进给量和钻削速度的选取关系到钻孔过程的稳定,故对径向进给电机和钻头电机转速匹配关系进行了理论推导;对薄壁圆柱壳主轴进行静力学分析,验证进给至不同位置时主轴的变形情况;在钻孔过程中,钻头和主轴会受到不断变化的力,为了避免发生共振,采用基于Love壳体理论的传递矩阵法对主轴的固有特性进行分析,并利用Ansys Workbench进行验证;对轴向行走采用的长跨距丝杠和钻头进行模态分析及临界转速计算,以避免共振,并提出了改进方法。然后,对钻孔机器人的控制系统进行了总体方案设计并对控制器、传感器、人机交互界面及通信方式等硬件进行选型。针对不同的电机进行了无刷直流电机调速控制、步进电机的开环和闭环控制,同时完成PLC的程序编写,在传统PID算法的基础上,采用了模糊PID算法并进行了Matlab Simulink仿真分析;分析了进给过程中定位误差产生的原因和解决方案;利用MCGS组态软件,对上位机控制系统进行设计。最后,本文对岩孔侧壁钻孔机器人样机进行了现场实验,进给过程实验验证了钻孔机器人的定位精度满足使用要求;稳定性实验和钻孔功能实验证明按照转速匹配关系进行钻孔,钻孔过程稳定且主轴振幅较小未发生共振,孔径和孔深满足技术要求;三个实验共同证明岩孔侧壁钻孔机器人可以按照要求在指定位置精确定位并平稳完成钻孔。