近年来,随着工程施工的范围越来越大,施工环境越来越多变,施工内容越来越复杂,对工程机械的可靠性、安全性、经济性、功能性和环保性提出了更高的要求。挖掘机是一种常见的工程机械,传统机械挖掘机为单自由度机构,灵活性差,功能单一,而液压挖掘机施工所产生的噪音和废气污染环境,且液压元件制造、维修成本高。为了解决传统机械式挖掘机和液压挖掘机的这些缺点,基于可控机构理论设计出一种新型多自由度可控机构式反铲挖掘机构,并对其进行理论研究和仿真分析。本文具体工作内容包括以下几个方面：(1)在液压反铲挖掘机工况分析和性能分析和可控机构理论的基础上,对可控机构式反铲挖掘机的构型要求和性能要求进行了分析,从而设计出了一种新型多自由度可控机构式反铲挖掘机构,并且绘制了三维模型；(2)采用封闭矢量环法对该机构进行运动学建模,然后采用Newton-Raphson方法对其位姿正逆解进行了分析,随后用消元法对其速度和加速度正逆解进行了分析,最后根据作业要求对其主要构件进行了尺度综合；(3)求出了该机构中各个封闭环的Jacobian矩阵,由此得出了各个封闭环的奇异位形,然后根据液压挖掘机挖掘包络图对可控挖掘机构挖掘包络图的绘制方法做出了解释说明,最后使用MATLAB软件绘制出了挖掘包络图并得出了主要作业参数；(4)根据该机构的结构特点和工作性质对其力学模型做出了说明,对各个构件的质心进行了运动特性分析,根据达朗贝尔原理采用动静法对该机构各个构件进行了动力学分析,最后对预估了伺服电机的输入功率；(5)使用Creo2.0和ADAMS软件建立了虚拟样机模型,给定初始位置、杆件材料、驱动函数、外力函数和重力,对其正逆运动学和动力学进行仿真分析,最终使用测量工具获得了所需参数曲线。