对围岩壁面采取喷锚支护措施,是现代隧道工程广泛采用的施工方法。作为隧道初期支护设备的混凝土喷射机械手,近年来发展迅速。本文介绍了围岩支护及混凝土喷射机械手的基本理论,对人工与机械手喷射混凝土的工艺进行了比较,总结了混凝土喷射机械手的发展历史、研制现状、发展前景、以及目前存在的主要问题。对混凝土喷射机械手的结构进行了设计并利用SolidWorks三维建模。首先运动学分析中主要建立了混凝土喷射机械手的运动学方程,方程建立是结合D-H方法。在建立了运动学方程的基础上,讨论了运动学的正逆解问题,并通过大臂俯仰运动方程和小臂折叠机构运动方程进行了求解分析,验证了大臂、小臂方程的正确性以及满足设计需求。其次动力学分析及仿真中,首先推导出喷射机械手的动力学方程,介绍了动力学常用分析软件ADAMS的应用。将已经绘制好的三维模型导入机械系统动力学仿真分析软件ADAMS中,进行机械手的动力学分析,通过系统仿真的方法计算机械手关节行程、速度、加速度、力,得到了整个运动过程中的相应曲线,为有限元及模态分析提供理论依据。最后有限元分析章节中介绍了有限元法的基本原理及对模型的优化技巧,给出了机械手大臂和小臂部分的有限元模型,进行了静力分析,从而验证其满足设计及安全需求。通过ADAMS软件计算得出喷射机械手在三种典型工况下的铰点受力情况,确定其危险工况。根据有限元方法利用Solidworks Simulation对机械手的大臂在最危险工况下进行了有限元分析,得出静力分析结果,确定危险截面。直观的得到了大臂在最恶劣的工况下的应力分布、位移变形、应变,验证大臂设计的强度和刚度是否满足要求。最后应用ANSAS对机械手大臂进行了模态分析。