本论文基于“深部巷道/隧道动力灾害物理模拟实验系统”。此模拟系统旨在通过在岩石模型上施加压力以模拟实际岩石受力情况,并在其基础上进行开挖的同时进行钻孔支护与检测,来探究岩石内部动力灾害的成因与机理。本论文研究的钻孔支护机器人是整个模拟试验系统中的支护环节所需部分。根据课题项目要求,需设计一种能够完成支护环节的钻孔及支护任务的机器人。预期是能够针对不同材料和钻孔支护指标要求,完成在狭小空间内的钻孔及支护任务。同时要求机器人具有一定的定位精度和稳定性。首先,通过对国内外相关资料的查阅和学习目前锚杆钻机及锚杆支护技术的现状,并对相关机器人进行了总结和分析,通过缩放等的形式,为本论文的小型钻孔支护机器人的设计提供了设计参考;结合钻孔锚杆技术和物理模拟试验系统的技术要求,选取并计算出初步的钻削参数,并设计出钻孔支护机器人的主要结构:主要包括轴向行进机构、径向旋转机构、钻孔机构、支护机构等主要机构;并对这些机构进行了静力学分析以确保机构满足要求;同时对主轴进行了优化设计,在减轻总体质量的同时得到末端挠度最小的最优解。其次,根据实际情况,详细阐述支护机器人的工作过程并制定最省时的工序,同时依据D-H法对机器人进行正、逆向运动学分析,为后续制定控制策略提供依据;对主轴及钻头进行模态分析,以保证机器人运转工程中不发生共振。再次,制定驱动系统,对相关驱动电机进行选型计算,并对所选的钻头驱动电机进行钻头转速和进给量的匹配关系的推导,以保证机器人在钻孔过程中能够保持稳定,上位机与下位机的匹配等等,以实现对机器人的远程控制和监测。最后,以钻孔支护机器人为主要设备进行实验,主要针对不同的材料进行钻孔及支护过程实验,主要包括行走实验、旋转实验、钻孔与支护实验等,主要验证机器人轴向进给及径向旋转的精度与稳定性、钻孔过程中钻头的精度与稳定性等;再通过在不同材料上进行钻孔与支护实验来验证机器人能按照要求完成预期钻孔及支护任务,即机器人能够完成试验系统支护环节所需的钻孔与支护任务。