随着中国高铁、地铁产业快速发展,盾构机应用越来越广泛,盾构机换刀机器人逐渐成为近些年研究热点。本课题设计了一款盾构机换刀机器人,以可靠度为指标对运动精度进行量化分析,基于全负载的刚柔耦合模型加以研究,主要包括以下几部分。（1）盾构机换刀机器人运动学理论分析与仿真。根据标准D-H法建立盾构机换刀机器人正逆运动学方程;基于蒙特卡洛抽样方法对工作空间进行求解;基于Matlab机器人工具箱验证机器人运动学模型正确性,为后续误差及运动精度计算提供理论基础。（2）盾构机换刀机器人强度和刚度分析。基于Workbench分析换刀机器人全负载情况下的应力及变形,完成强度和刚度校核;基于Ansys经典界面建立刚柔耦合模型,为后续分析提供模型基础;基于刚柔耦合模型分析动态应力,与静态分析对比完成模型验证,结果表明动态分析结果能更为准确反映机器人在运动过程中的真实情况。（3）盾构机换刀机器人末端位置误差分析。建立误差理论模型;基于Adams对盾构机换刀机器人刚体模型进行运动学仿真,判断运动过程能否符合平稳性要求;基于刚柔耦合模型,分析连杆柔性、载荷大小、运动时间三个因素对末端位置误差的影响。（4）盾构机换刀机器人运动可靠性分析。根据误差理论模型建立运动精度可靠性理论模型;基于蒙特卡洛抽样方法,分析关节转角误差、关节转角分散性以及连杆误差对运动精度可靠性的影响;基于刚柔耦合模型进行运动学仿真,得到符合实际运动条件的运动可靠度。（5）盾构机换刀机器人结构优化。基于Wokbench/Design Exploration模块对机械臂截面尺寸进行优化设计,对比优化前后模型刚度、强度及运动可靠度,结果表明优化效果良好。