挖掘机作为常用的工程机械,在土方工程施工过程中有着不可替代的作用,目前市面上常用的挖掘机主要以单斗液压式挖掘机为主,然而液压挖掘机虽然应用广泛,技术成熟可靠,但也存在着一些不足,液压挖掘机的液压元件加工精度高,维护成本高,再者液压油易受温度和环境影响,容易出现效率低、漏油等问题。然而传统的单自由度机械式挖掘机又只能实现简单的且不能变化的运动轨迹输出,工程施工领域应用较小。为了解决上述问题,本文采用先进的设计方法和理论提出一种多自由度可控反铲挖掘机构,该机构运用可控机构学的理论,在设计上采用多连杆传动代替液压传动,整个机构由多个伺服电机进行驱动,因此该挖掘机构运动输出更加柔性化,可以灵活实现各种挖掘动作,并且在一定程度上能实现智能化控制。本文主要通过对挖掘机构的运动学和动力学进行详细研究,结合ADAMS和ANSYS的仿真分析,为挖掘机构杆件的优化、物理样机的设计建立基础。本文完成的工作具体如下:(1)基于拓扑图论的方法得到了可控反铲挖掘机构的最佳构型,对该挖掘机构组成结构和作业过程进行分析说明,指出该挖掘机构的优点。(2)利用螺旋理论求解挖掘机构的自由度,采用闭环矢量法和数值解法分析机构位姿正逆解以及速度和加速的正逆解。(3)在前文运动学分析的基础上,对该机构进行奇异性和工作空间边界条件分析。(4)运用动态静力学方法将瞬时力系转化为静力系,建立挖掘机构的动态静力学模型,并进行受力分析。(5)在ADAMS和ANSYS中对该挖掘机构进行仿真分析,得到相关数据图以验证所设计的挖掘机构的合理性和可行性