为解决盾构机磨损滚刀的自动化更换难题,设计了一种七自由度重载机械臂,该机械臂可用于直径为6.28 m的土压平衡式盾构机的自动化换刀系统。通过分析机械臂的设计依据,利用UG设计了七自由度机械臂的三维结构,完成了对机械臂主要动力部件的设计与选型,并通过对处于盾构机三维模型内部极限换刀位姿下的机械臂进行空间装配验证,确定了机械臂的工作范围。利用ADAMS软件创建了机械臂的虚拟样机模型,对机械臂于刀箱中抽取滚刀的动作过程进行运动学仿真,得到机械臂的运动特性参数,验证了机械臂结构设计的可行性和合理性。