伴随着我国经济的飞速发展,城市化进程不断加速,为了适应这种发展速度,城市就需要不断地增加规模,目前增加城市规模和功能最直接的办法是适当地开发和使用地下空间,因此,在城市建设中使用盾构机施工的现象越来越常见。然而,盾构机在施工的过程中,由于地质原因,刀盘的受力情况非常复杂,会造成盾构机刀具的严重磨损,需要频繁的更换刀具。目前盾构机的换刀方式是人工换刀,存在着费用巨大,周期长,效率低以及危险性高等缺点。所以,尝试研发一款盾构机自动换刀装置来代替人工换刀作业,从而实现安全、高效的换刀过程。本文围绕盾构机自动换刀装置的设计与分析展开,主要的研究内容包括:（1）查阅相关文献,了解盾构机的结构、工作原理、人工换刀方式及存在风险,指出了盾构机自动换刀装置设计的必要性以及存在的困难;以此为基础,建立了模块化自动换刀装置三维模型,并对各模块进行了功能介绍,同时对自动换刀装置中的相关结构进行了校核。（2）对自动换刀装置进行强度分析,检验自动换刀装置各部件的强度以及整体刚度是否符合要求,进一步,为了更精确地得到自动换刀装置的整体变形量,将螺栓连接考虑到其中进行分析;对自动换刀装置进行模态分析,确定自动换刀装置的前六阶固有频率和振型,避免结构发生共振现象。（3）采用D-H参数法建立自动换刀装置的连杆坐标系,并对其进行正运动学求解;应用蒙特卡洛法与机器人工具箱结合的方法对自动换刀装置的工作空间进行求解;分别利用三次多项式插值和五次多项式插值的方法对自动换刀装置进行轨迹规划,并求出轨迹函数。（4）利用ADAMS软件对自动换刀装置的运动过程进行动画仿真,同时得出其运动过程中位移、速度、加速度随时间变化的情况,对两种轨迹规划函数进行对比,五次多项式规划的平稳性更好,同时利用机器人工具箱验证仿真过程的正确性,最后得出轨迹的规划合理,能够满足换刀要求的结论。本文设计的盾构机自动换刀装置能够将人从繁重的劳动中解放出来,同时能够提高换刀的效率,降低换刀的成本,从而提高盾构机的工作效率,具有一定的实用价值。