挺进地下“无人区”！我国首台重载智能盾构换刀机器人成功应用

6月25日

在厦金大桥（厦门段）环岛路隧道施工现场

由中铁十四局研发的

大直径盾构智能换刀机器人

正式发布并成功应用

这也是我国首台重载智能盾构换刀机器人

标志着大直径盾构隧道

迈入“无人换刀”新阶段

发布会现场

在中国工程院院士钱七虎、梁文灏、肖明清等60多名专家学者的见证下，大直径盾构智能换刀机器人成功应用，中国铁建党委常委、副总裁黄昌富出席发布仪式，厦门市交通运输局、厦门路桥建设集团有限公司相关领导参加活动。

钱七虎院士对设备研发给予高度评价，他表示，将换刀机器人作为攻关方向选得准、选得好，符合交通装备自主化、无人化、智能化趋势。他指出，该成果在安全、效率、成本上开辟了新路。钱院士勉励中国铁建科技工作者致力于实现科技自立自强，在交通强国建设中走在前列。

智能盾构换刀机器人调试

那么这台智能盾构换刀机器人

到底有什么过人之处？

首先，要搞明白一个问题——

为什么要研发换刀机器人？

盾构机前方密密麻麻排布着刀头

盾构机，是穿山越海的大国重器。刀头，排布于盾构刀盘最前方，犹如牙齿切削岩土，并随着掘进不断磨损。

高效安全换刀，是盾构机保持战斗力的关键。

带压换刀作业环境狭窄

但泥水平衡盾构施工中，工人带压进舱作业，不仅行动困难，还面临掌子面失稳、有害气体、减压病等风险。且盾构机换刀舱内空间狭小、光线昏暗，闷热潮湿、空气浑浊。传统换刀需3名作业人员带压进舱更换，耗时4小时以上，效率低、费用高。

检测难、换刀险，也成为行业公认的难题。

潜行地下，路在何方？

中铁十四局研发团队历经6年攻关，从机械化、无人化、智能化入手，研发出智能盾构换刀机器人，将人从最危险的地下解放出来。

但地下空间复杂未知多变

到底有多少难关？

刀盘那么大，操作空间又很狭窄？怎么破~

盾构带压换刀作业，位于刀盘后方，空间极小，为了闪转腾挪，中铁十四局研发团队打造了十一自由度混联机械臂，这也是行业内自由度最高的机械臂，通过灵活伸缩的构型以及多源避障传感器，可覆盖10米至18米级超大直径盾构机的整个刀盘。

一把刀200多公斤，如何轻拿轻放？

盾构刀具由合金构成，许多滚刀超过200公斤。为此，开发团队配合多级伸缩重载机械臂，解决大悬臂作业稳定性难题，同时通过算法优化，将设备负载能力提升至500公斤，可轻松抓取重型滚刀，精准完成更换。

泥浆污染，遮挡视线？如何能够“雾里看花”？

泥水平衡盾构机施工中，大量泥浆充斥在仓内，依靠视觉识别，无法满足自动化需求。为此团队依靠3D红外机器视觉定位技术，为机器人装上了高精度的“立体眼”，能够在复杂条件下快速扫描识别每把刀具的精确位置与磨损状态，定位精度控制在1毫米以内。

冷冰冰的钢铁手臂，如何注入“灵魂”？

在地下，如此复杂的工序，单纯靠人工控制，依旧面临重重风险，为此建设者搭建了数字孪生智慧管控系统，找到刀具后，数字孪生智慧管控系统实时接收数据，自动规划最优换刀顺序和机械臂运动路径，实现换刀作业事前仿真、事中干预、事后溯源的全流程智慧管控。

有了这些技术加持，这台机器人即将大展身手。

据悉，机器人整机软硬件实现100%国产化，拥有完全自主知识产权，目前已申请发明专利38件、实用新型专利5件，登记软件著作权7项。使用智能换刀机器人，搭配项目数字孪生智慧管控系统，更换单把滚刀时间为25至40分钟，效率提升50%以上，全过程舱内无需人员进入，真正实现了少人化、无人化作业，有效提升盾构施工本质安全。