近年来地铁发展迅猛,其供电多采用顶部刚性接触网方式,优点明显,顶部刚性接触网安装需先钻孔。地铁隧道侧壁安全疏散平台、管道、电缆的安装也需要在侧壁钻孔。以往多采用人工手动钻孔,同时一些辅助简易机械功能少、效率低,无法适应迅猛发展的地铁建设。本论文讨论了顶部和侧壁钻孔设备方案,分析了常用设计方案,指出其优缺点,进而研发了一种多方位钻孔设备,能对隧道顶部和侧壁一次性钻四个孔,运动速度高、精度、自动化程度高,劳动强度小。通过车轮光电编码器、激光测量仪、隧道断面仪等设备测量位移、角度等参数。底部XY平台调整纵横向距离,通过升降、俯仰、横滚机构实现Z轴的升降、X及Y轴的转动,通过回转机构实现Z轴的转动,由此可完成六自由度精密调整。选用电动缸、直线轴承、直线导轨、滚珠丝杠等性能优异的零部件并对其计算选型。钻机安装平台由一组矩形空心型钢安装而成,钻机底板开有两道槽,由此四个钻机间距可无级调节,适用不同安装规格。人工控制平台钢结构按国家标准设计。钻大直径孔采用水钻,水钻钻孔干净卫生、对钻具损坏小,劳动强度小。钻机平台工作时受到较大的阻力、阻力矩,且水钻所用的异步电机振动较大。本论文对外部载荷进行了详细的计算,用Solidworks对设备进行三维建模,转换格式导入到网格划分精度较高的Hypermesh,得到高质量的网格,再导入到人机界面较好的Workbench进行钻机平台的有限元静力学、模态、谐响应分析,仿真计算结果显示钻机平台强度、刚度符合要求,可靠性高,有效的避开了激励频率,不会发生共振。使用Workbench多目标驱动优化技术对转轴零件进行多参数优化,为零件的设计提供可靠的参考依据。选用多个价格低、功能强大的S7-200 SMART基于以太网S7协议通信实现控制系统组网,主从站控制编程简单、便于管理。常规PID控制的参数固定,无法灵活运用于复杂的隧道环境,系统控制能力较差,所以选用模糊PID控制器。利用MATLAB/Simulink软件的模糊控制工具箱对工进系统建模、仿真分析,进行了模糊PID控制参数的自整定优化。采用S7-200 SMART的专属触摸屏SMART LINE作为人机交互界面,进行自动控制或手动控制。