机器人化月表采样器的研究

月球是离地球最近的行星，了解开发月球是人类认识太空的第一步。月壤是月球的重要组成部分，也是人类认识月球的基本切入点，现在许多国家都在开展无人探月活动，因此设计一种无人操作的能够适应月表环境的机器人化月表采样器将是我们认识月球地质状况的关键。应用于月表探测的机器人化月表采样器在作业时往往面对极为复杂的苛刻的月表环境。传统的采样器受其自身的机械结构限制，一般不能够适应这么苛刻的月表环境，或者是不能达到预定的采样目标。具有多种采样形式的月表采样器的出现，解决了这一问题。国外自50年代开始研究机器人化行星采样器，并且已经研制出了许多样机。目前已有的行星采样器存在着只具有单种采样形式，或者受着陆舱体积的限制不能够进行深层采样等不足，因此都不能满足探月活动中要求越来越高的月表样品采集活动。本文叙述了行星采样器的研究和发展现状，并设计了一种用于月表探测时进行月壤采集的多功能机器人化月表采样器。该采样器具有三种针对不同月表样品的采样形式：夹取、铲取和钻取，根据采样的对象的不同能够自动改变采样方式，整个机械系统由仿生蚌式铲和转塔式钻机两大部分组成，仿生蚌式铲具有多种采样形式，转塔式钻机解决了空间受限的情况下采集深层样品的问题，整个系统具有六个运动副。机器人化月表采样器采用了基于CAN总线的集中式控制系统。本文在详细介绍机器人化月表采样器机械系统设计的基础上，对机器人化月表采样器对月壤的采样过程进行了数学建模，以便于将来对采样器的可靠性进行改进，并且减少设计费用和提高了终端产品的性能。通过采样实验验证了机器人化月表采样器机械结构确实满足预期采样目的。最后，本文对机器人化月表采样器的发展和后续研究工作进行了展望。