本发明涉及一种适用于大直径盾构机的多自由度换刀机器人，包括机器人底座、机身以及末端执行器；机身设置在机器人底座上，机身包括平移机构、升降机构、微调机构、双向转动机构和手腕机构；手腕机构用于带动末端执行器沿机器人底座长度方向移动以及带动末端执行器转动；末端执行器包括夹爪以及套筒扳手。本发明能实现大直径盾构机刀盘换刀区域全覆盖，该换刀机器人适用于盾构机刀盘狭长的空间作业环境，在拆装滚刀时不依赖于一体化刀座结构，末端负载小，自动化程度高，有效代替人工换刀，提高盾构法施工效率。