现有工程钻机机器人采用人工装卸方式换接钻杆，其工作效率较为低下且存在安全隐患。为提高钻机的钻杆换接效率，设计了一种六自由度钻杆装卸机械手。在此基础上，利用笛卡尔坐标系建立了机械手的运动学方程，并采用遗传算法运动学方程进行了求解。进一步通过UG软件建立了钻杆装卸机械手虚拟样机模型，并提出了同步驱动和依次驱动两种驱动方案，同时在两种方案下对钻杆装卸机械手的运动学进行了仿真分析，分析结果表明：运动学方程逆解和连杆参数设计正确；机械手同步驱动方式在运动特性方面优于依次驱动方式。研究成果为实现工程钻机人钻杆的自动装卸提供理论基础。

在分析全液压钻机作业过程及传统液压系统组成的基础上，设计了ZDY320型全液压钻机的负载敏感液压系统，该系统采用负载敏感控制及传统辅助控制方式相结合，在合理控制成本的同时最大限度节省了功耗率。首先推导出负载敏感阀和节流阀的数学模型，然后通过在图形化仿真环境AMESim中建立负载敏感泵与液压系统主轴回转回路模型并进行仿真，进一步分析负载敏感控制系统对全液压钻机性能的影响及其特点，从而得出负载敏感液压系统的性能特点，为液压系统自动控制设计提供参考。

针对目前钻机钻进效率低、自动化水平不足等问题，以ZDY540全液压钻机为被控对象，将负载敏感控制技术和PLC自动控制技术应用于钻机操作系统中，设计出一种基于PLC的钻机负载敏感控制系统。具体介绍了全液压钻机负载敏感技术的工作原理，负载敏感控制系统中硬件组成和各功能的自动化实现过程及其控制原理。试验测试表明，该控制系统实现了钻机操作的自动化，提高了钻机工作效率，验证了控制系统的可行性。