在国际环境日益复杂,反恐情势日益严峻的大背景下,暴恐活动频繁出现于车站、酒店等人口密集区域。鉴于爆炸物袭击形式多样,排爆人员工作难度大且极具危险性,排爆机器人应运而生。因其优良性能以及大幅减小排爆人员伤亡的能力,排爆机器人已经成为机器人领域重要研究对象,并引起各大高校和科研院所的重视。本文根据小型排爆机器人操作臂的设计要求,结合典型排爆作业对手臂的位姿要求,提出了一种5自由度全转动关节操作臂的结构方案,完成了操作臂的机械结构设计,并实现了操作臂驱动与控制线缆的完全内置。为适应排爆作业需快速更换末端执行器的要求,提出并设计了一种实现操作臂与末端执行器之间快速拆卸与连接的接头以及配套的多款末端执行器。基于D-H坐标变换,建立了操作臂的位姿正解方程和逆解算法。为指导排爆作业轨迹规划中路径点的选取,建立了基于数值法的操作臂位置空间计算模型,并借助MATLAB绘制出典型工作面的截面图形;采用矢量微分法获得了操作臂的雅克比矩阵,并分析求得操作臂的两种奇异位形。针对包含有破障、搬运以及更换末端执行器的典型排爆作业任务,对履带式移动平台加操作臂的排爆机器人进行了运动过程规划。首先在基础坐标系中通过对作业任务的分解获取操作臂的路径点序列,然后基于逆解计算变换为关节角度序列,最后采用五次多项式函数插补得出5个关节的运动规律。为提高操作臂的工作效率,对关节速度进行了优化。采用拉格朗日法对操作臂进行了动力学分析,结合操作臂惯性参数和排爆作业的规划轨迹,构建了操作臂关节力矩方程,并借助MATLAB计算出关节力矩曲线。结合电机性能参数,验证了力矩曲线和运动轨迹的合理性。通过ADAMS动力学仿真计算,进一步验证了分析结果的正确性。