随着中国城市化进程的加速,电力隧道在城市建设中得到广泛应用。目前大部分的电力隧道主要采用人工水钻法进行施工,其效率低、进度慢、工人劳动强度大。如何利用机械自动化对电力隧道进行施工成为人们重点关注和研究的问题。鉴于此,本课题以重庆市某电力公司研制的多水钻隧道掘进机项目为背景,根据电力隧道施工的工况要求和改造的掘进机结构特点,对掘进机运动轨迹规划及其控制系统进行研究,主要内容概括如下:（1）以挖掘机为基础平台,经改造后采用双水钻为隧道钻孔工具,建立研制的掘进机样机的运动学模型,利用D-H法建立坐标系并进行正、逆运动学分析,得到掘进机机械臂各个关节的转动角度与末端水钻位姿的关系,采用Matlab软件进行仿真分析,验证了运动学模型的正确性,为轨迹规划提供理论基础。（2）从关节空间和笛卡儿空间两个方面对掘进机机械臂进行轨迹规划,其中,关节空间轨迹规划通过三次多项式插值算法和五次多项式插值算法进行仿真和比较,得出五次多项式插值的平稳性优于三次多项式的结论。在笛卡儿空间轨迹规划中对直线和圆弧进行研究和仿真分析,可知笛卡儿空间规划更适用于对机械臂末端有连续和固定轨迹的场合中。针对电力隧道实际工况,在隧道断面轮廓线上结合笛卡儿空间和关节空间轨迹规划方法,对掘进机样机的执行件末端从直线、圆弧和一点快速运动到另一点三种运动情况进行讨论分析,验证了轨迹规划内容对实际工况的有效性。（3）对掘进机的硬件和软件控制系统进行设计制造,控制系统能实现掘进机隧道打孔作业的半自动控制。将原挖掘机平台的柴油动力系统改为电力驱动,并对电机等相关元器件进行选型,对掘进机的整体液压系统进行设计,控制系统选取触摸屏作为上位机,PLC作为下位机,CAN总线作为通讯方式对系统进行控制,并对相关电路进行设计,通过对控制程序进行编写以实现掘进机机械臂的动作控制和人机互动。通过现场掘进机的试制和调试,以及关节角速度和轨迹规划的实验验证了运动学模型和轨迹规划有效性,多水钻掘进机实现了半自动化隧道打孔作业,能显著提高施工效率,减少工人数量、降低工人劳动强度和优化作业环境,具有一定的理论研究意义和工程实用价值。