随着我国经济的快速发展,城市人口密度也在不断增加,传统的地面出行变得更加拥堵,而广阔的地下空间有待开发利用,这便促使地铁等交通方式得以大范围发展。目前,地铁建设主要依赖于盾构掘进技术,在盾构机的掘进过程中,刀具的磨损是不可避免的,若不及时更换,则会影响施工效率,严重的话可能会造成器械的损坏。传统的更换方式为以人工进行刀具更换,这样的更换方式不仅效率低下,而且还伴随着对人身造成伤害的危险性。所以,以换刀机器人进行磨损到刀具的更换工作,不仅可以提高效率,而且可以将工人从危险的工作环境中解放出来。本文以项目组设计的换刀机器人为对象,围绕其数字阀控液压伺服技术展开研究,主要研究内容如下:首先,对换刀机器人的机械结构、控制系统和液压系统进行了分析,在此基础上,为换刀工作进行了流程的规划,该部分工作具体包括:磨损刀具更换区域的制定与验证、机器人拼装出舱和拆卸回舱流程以及整体换刀工作流程。其次,对换刀机器人进行液压系统的分析与建模,即进行了双缸液压系统的解读与分析,建立了增量式数字阀控单杆液压缸系统的数学模型,之后采用与理想线性模型的对比,分析系统中干扰因素带来的影响。然后,针对增量式数字阀控单杆液压缸系统,设计了基于高增益观测器的动态面滑模控制算法。并在Matlab/Simulink环境中进行了仿真验证,而为了提高控制效果,采用粒子群对控制器参数进行了优化,得到了更好的控制效果。再然后,建立了机器人的末端位姿的静态误差模型,通过所建立的模型,研究了各几何参数对机器人末端位姿精度的影响程度。最后,为样机设计电气回路以及控制柜并制作实现,搭建机器人样机,进行了所设计的液压控制算法的实验验证,并与其他文献所设计的算法进行对比,并借助于所建立的末端静态位姿误差模型对采用不同算法给末端产生的位姿误差进行对比。