机载钻孔机械手是在掘进机上配备的锚杆钻孔设备，从而使掘进机具有了钻孔功能，本文以纵轴式掘进机作为载体，结合巷道工况条件，提出仿人手臂差补型和折叠型两种最优方案，并对折叠型钻孔机械手的结构、性能及掘锚整机的稳定性进行了深入的研究。具体研究工作如下：研究了钻孔机械手的空间结构问题，采用自顶向下设计方法，实现了折叠型钻孔机械手的并行设计。利用钻头钻削动力学虚拟仿真模型，对钻头的工作过程进行了可视化模拟，通过分析钻头的破岩过程，获得了钻头工作阻力等重要数据，解决了钻头阻力载荷识别问题，为机械手的力学特性分析提供了载荷数据。基于折叠型钻孔机械手的多刚体运动学理论，对钻头的位移、速度、加速度特性进行了分析，采用钻杆扶正器，克服了钻杆大柔度变形和伸缩臂小柔度变形对钻头运动误差的影响，减小了钻头运动误差，最后通过仿真验证了该方法的有效性。基于折叠型钻孔机械手的多体动力学理论，解决了7关节钻孔机械手及其子系统链传动双倍程推进机构的刚柔耦合模型求解问题，分析各运动关节驱动力的大小，为液压系统设计提供参数依据；根据动力学虚拟实验得到的载荷结果，研究了关键零部件的接触疲劳寿命，验证了零部件的可靠性。研究了液压系统的可靠性问题。通过建立机械手液压元件Simulink模型库，解决了复杂液压系统动态特性建模问题，并通过仿真验证了液压系统的稳定性。研究了钻孔机械手对掘进机稳定性的影响。通过研究钻孔机械手工作时，掘进机重心的振动响应，验证了钻孔机械手工作过程中整机的稳定性；通过研究对比掘进机与掘锚联合机截割工作时，整机重心的振动响应，分析了钻孔机械手对原掘进机截割稳定性的影响；通过研究掘锚联合机在复杂路面条件下的行驶动力学仿真实验，提出通过增加履带预紧力和添加配重来改善掘锚联合机的行走稳定性。通过样机进行了现场工业性试验，验证了机械手的可靠性、稳定性；通过对管路压力和液压缸驱动力的测试和计算，验证了液压系统和刚柔耦合动力学虚拟实验的有效性。