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。

它的首个战场

就是厦金大桥（厦门段）环岛路隧道

厦金大桥（厦门段）环岛路隧道施工现场

厦金大桥（厦门段）环岛路隧道全长3291米，包含盾构隧道与明挖隧道两部分，盾构隧道部分采用开挖直径16.15米超大盾构机施工，是福建省内最大直径盾构隧道。隧道下穿核心繁华片区，存在长距离上软下硬复合地层，覆土最浅仅8.1米，刀具磨损风险突出，对换刀作业的安全与效率提出了极高要求。

智能盾构换刀机器人已在16米级“厦金号”盾构机的成功应用，将助力厦金大桥（厦门段）环岛路隧道安全高效掘进。

我国首台重载智能盾构换刀机器人

国际领先

当天下午，在中国公路学会组织的大直径盾构智能换刀机器人关键技术成果评价会上，经中国工程院院士钱七虎、梁文灏、何川、肖明清等院士专家组成的评价组一致认定，“该研究成果代表了我国在该领域的最高技术水平，总体达到国际领先水平”。

活动中，与会人员走进智能盾构换刀机器人应用现场、观看了机器人智能换刀作业展示，还举办了大盾构隧道智能建造座谈会，围绕面向未来超深、超长、超复杂地质盾构隧道建造场景，聚焦“机械代人”， 少人化、无人化智能建造等开展研讨。

原标题：《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》

阅读原文