液压挖掘机是结构最复杂、应用最广泛的工程机械之一。液压挖掘机正向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。挖掘机的零部件多,运动方式多,需从整机的角度来评价其性能的优劣。人们已经意识到即使挖掘机的每个零部件都是最优的,也不能保证挖掘机的整体性能是最好的,即系统整体的优化不是所有部件优化的简单叠加。液压挖掘机涉及的学科较多,包括运动学、动力学、液压、流体力学、机电控制、人机交互等,要获取综合最优解不仅需要各学科各专家的共同努力,还需要他们工作上的协同,而可视化设计、虚拟样机技术和并行设计正是解决多专家协同设计的有效途径。挖掘机,作为最重要的工程机械之一,吸引了国内外不少研究者和学术机构运用这种先进的日趋成熟的设计理念对其进行相关研究。虚拟样机技术提供了同时对挖掘机的整体外形、机械系统、液压系统、控制系统等多方面评价的可能,具备了整机性能评估的条件,兼顾了各个学科,真正做到了全系统、全性能的优化。设计人员在虚拟环境中可以真实地模拟挖掘机的各种工作情况,快速分析多种设计方案,设计人员可以完成无数次用物理样机无法进行的危险试验,在整个仿真过程中,可以随时按照优化建议或者市场及用户要求修改参数,反复这个过程直至满意。本文在分析液压挖掘机器人特点的基础上,提出了挖掘机器人虚拟样机的实现平台、框架和步骤,并分析了所应用的关键技术和实现的难点,重点研究了可视化设计、虚拟样机技术和并行设计理念在挖掘机器人化方面的开发应用。首先,研究了液压挖掘机器人各个子系统的建模技术,并建立了这些子系统模型,提出了运用可视化设计、虚拟样机技术和并行设计理念研发新产品的思想和大体实现方法及步骤。在此基础上对液压挖掘机工作装置在典型工况下进行了机械运动学和动力学仿真分析,并通过在本实验室的PC02-1小松液压挖掘机器人上进行大量的实验对仿真结果进行了初步的分析和验证。其次,完成了PC02-1小松液压挖掘机器人虚拟样机的机电液综合建模与协同仿真工作。最后,对关键部件在典型工况下的受力变形情况进行了有限元分析。