近年来,随着我国工业机械科技的快速进步和发展,重载工程机械臂在矿山冶金、航空航天等领域的需求日益增多,并且对其所具有的功能有了更高的诉求。因为重载机械臂能够代替人工进行多方面大负载的工作,所以被广泛用于工程作业等方面。但是目前我国的这种重载机械臂装备研究较少,主要还是依赖进口,因此研发出能提高作业效率、作业精度、减少人工成本等核心技术的重载机械臂是目前迫切需要的。本文以研发出提高工作效率、工作精度的重载机械臂为目标。本文主要研究内容如下:(1)完成机械臂的结构设计。研究和分析各种机械臂的结构优劣性,依据对工作条件和环境的要求选择符合要求的重载机械臂类型,最终经过多方面影响因素的综合考虑,选择以液压作为驱动的7自由度重载机械臂。根据对各构件的实体设计参数进行计算,用Solidworks完成机械臂装配实体的建模。并对机械臂装配体各构件之间可能存在相互干涉现象进行查看,初步验证机械臂结构设计的正确合理性。(2)对重载机械臂进行运动学分析和仿真、工作空间分析。运用D-H法首先创建机械臂各连杆的坐标系,取得各连杆的参数,建立七自由度重载机械臂正运动学参数方程,完成正逆机械臂运动学对各关节变量的求解;然后用Matlab对七自由度重载机械臂进行运动学的仿真和分析,进一步地验证机械臂连杆参数设计的正确合理性。(3)对重载机械臂关键部件进行静力学分析。对七自由度重载机械臂极限工况进行计算和分析,基于ANSYS Workbench完成七自由度重载机械臂关键部件静力学的分析,通过分析得到其承受的最大应力及最大应变,确定机械臂的强度和刚度完全满足了整体的机械臂设计性能要求,安全系数大于1.5,验证了机械臂的安全和可靠性。(4)基于ANSYS Workbench完成七自由度重载机械臂的模态分析。通过模态分析得出前六阶振型,分析振型特征,为避免在特定频率下产生共振对机构造成损坏提供了理论依据。