液压拆除机器人具有遥控操作、结构紧凑等特点,使得其可在粉尘、噪声、危险场合具有普通挖掘机或人工不可比拟的优点,随着城市拆迁改造的加快和环保要求的提高,具有良好的发展前景,成为国内混凝土破拆行业的发展的热点之一。工作臂装置是由液缸、各段臂、拆除工具头组成的多体结构,是拆除机器人的关键部件之一,本文主要基于机械动力学基本理论,开展了拆除机器人工作臂装置的设计与分析研究工作。首先,调研、对比、和分析之后指出液压拆除机器人与传统挖掘机械的根本区别在于作用对象所处的空间位置不同,且前者还需要解决后者无法进入室内或狭窄空间进行作业的问题,结合现代建筑的空间特点,提出了拆除机器人工作臂装置的空间设计思路,并结合整体需要,完成了其整体三维空间布局设计,研制出三维虚拟样机。根据作业特点,提出液压拆除机器人工作臂装置的自由度要多于传统拆除机械,并根据此思路在将结构简化之后建立了液压拆除机器人工作臂的空间几何模型,采用集中质量和惯量的等效有限元方法建立动力学微分方程,运用Runge-Kutta数值求解法对拆除机动臂在常用工况下进行受力分析,结合传统液压破碎锤工作时的特点求解出拆除机器人动臂工作时所承受的冲击载荷,为下文奠定基础。传统活塞式破碎锤在承受持续振动时,会产生巨大的噪声并出现衬套磨损、气蚀和漏油、红油问题,针对这些问题,提出新型高频振动破碎锤的设计方案,该类型破碎锤主要包含减振结构、驱动机构、偏心机构和破拆机构四部分,并对其中的偏心块、液压马达、齿轮和轴承等关键部件进行了设计选型与校核。所设计的液压拆除机器人在搭配传统液压破碎锤时,其动臂主要承受固定频率的冲击载荷,而动臂自身的固有频率与外部冲击载荷的频率相同或相近时结构容易产生共振,导致破碎锤油缸安装座和支撑臂与主臂铰接部位两区域产生过大位移变形,存在破坏结构的隐患;而所设计的高频振动破碎锤振动频率在35~40HZ,因此分析了其在35和40HZ时的振动特性,得出在X和Z两个方向结构有存在严重碰撞的风险。最后,根据仿真分析得出的结果,对拆除机器人动臂先进行拓扑优化,在拓扑优化失效之后对动臂变形位移过大的部分进行了添加加强板的结构优化,而对高频振动破碎锤采用对其结构和尺寸进行重新设计的优化方式,再次对两部分结构进行仿真之后发现动力特性都得到了明显改善,为该类型的机械设计提供了参考。