郭俊可，王杜娟

(中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016)

0 引言

随着地下空间开发力度的加大，盾构作为集机、电、液、传感器等技术于一体的高度集成化、自动化隧道施工机械，现已被广泛应用于隧道、地铁、综合管廊等领域，对国家城市化和现代化进程起到了重要的推动作用[1-2]。

盾构能否顺利掘进，刀盘刀具的状态起着至关重要的作用[3-4]。盾构掘进过程中，刀盘刀具产生磨损或出现其他问题在所难免，这就需要及时更换刀具[5-8]。但是，盾构的换刀作业空间是一个高温、高压、高湿的环境[9]，对进入开挖舱进行换刀作业的人员有严格的时间限制，同时换刀作业人员安全风险大，换刀作业周期长，这大大增加了项目施工周期和施工成本。

为解决上述问题，开始引入机器人进行自动换刀作业。国内外企业和高校已进行了不少的相关研究，目前的研究多集中在换刀机器人本体设计、运动空间规划、运动控制等方面[10-13]，关于机器人换刀过程中基于视觉导航的精确定位技术研究比较少。本文依托盾构实际需求和工况，针对换刀机器人末端执行器的定位问题，提出基于视觉导航的机器人换刀精确定位方法，并通过试验验证了其可行性。研究成果可为机器人自动换刀技术提供关键性的技术支持。

1 机器人自动换刀方法

机器人换刀采用全自动方式进行，机器人接收到换刀指令后，其控制系统根据盾构刀具智能诊断系统反馈的待更换刀具位置信息以及刀盘角度，将刀盘旋转到合适位置；……