传统的螺旋滚筒式钴结壳采矿头在实际开采过程中会使较多的废石混入。为了能在复杂多变的海底矿区实现对钴结壳的精确剥离以及提高开采率，有必要设计一种可高效开采的采矿头。首先，针对海底钴结壳分布的地貌特征，提出了采矿头设计的基本要求并设计了一种悬立式采矿头，同时建立了其参数化设计的数学模型。然后，基于所设计的悬立式采矿头，以降低钴结壳破碎过程中的比能耗为目标，以采矿头截齿不发生干涉、合理布置截距、钴结壳产能达标及最大功率限制等为约束条件，建立了悬立式采矿头结构参数和工作参数的优化模型，并采用遗传算法进行求解。最后，为了验证优化模型的合理性，利用ABAQUS软件模拟了悬立式采矿头破碎钴结壳的过程，得到了优化前后采矿头破碎钴结壳的比能耗，并基于载荷波动特性对采矿头的稳定性进行了对比评价。理论计算结果表明，优化后悬立式采矿头破碎钴结壳的比能耗较优化前约降低了44%。仿真模拟结果表明，优化后悬立式采矿头破碎钴结壳的比能耗和所受载荷的波动系数较优化前分别降低了18%和31.3%，验证了优化模型的有效性。所设计的悬立式采矿头不仅在能耗、载荷波动方面有显著的改善效果，且能更好地适应海底钴结壳的分布特征，这可为深海钴结壳商业化开采的实现提供重要依据。