火星探测用轮式自动挖掘作业装置

　　中部的采集提升机构采用多料斗连续排布的斗链结构，倾斜角度设置在42度左右，这个角度是经过多轮模拟验证的最优值：既能够保证料斗在下端接触地表时可以顺利铲入松散岩壤层，也能在斗链回转提升过程中避免料斗内的岩壤洒落，同时不会因为倾斜角度过小导致整机纵向尺寸过长，挤占行走机构的安装空间。主框架采用三角形桁架式焊接结构，主体杆件选用轻量化高强度的合金管材，通过三角形的稳定结构抵消挖掘作业时产生的侧向载荷与冲击载荷，框架上部预留的横向安装位，可以根据任务需求搭载不同的采样存储容器或者原位分析载荷，不需要对主框架进行大规模改动即可适配不同的任务目标。这套轮式挖掘装置的设计初衷，是适配地外天体表面松散岩壤的采样作业需求，整体采用四轮独立行走布局，配合倾斜布置的斗链式提升采集机构，能够在低重力、地表遍布细碎砾石的环境下完成表层岩壤的连续采集、提升与暂存作业。从结构布局来看，行走轮采用大宽度辐条式轮毂搭配高摩擦系数的轮面结构，轮组的安装位置向外探出主框架两侧，既能够提升整机在凹凸不平岩质地表的行驶稳定性，也能为中部的采集机构留出足够的作业下沉空间，避免轮组碾压待采集区域造成岩壤压实，影响采集效率。

　　在作业边界控制上，采集机构的下端作业点与前轮的水平间距控制在合理范围，作业时整机不需要过度靠近待挖掘断面，就能让料斗接触到目标采集层，避免轮组滑入挖掘形成的凹坑造成陷车；采集机构的上端卸料点高度与主框架上部的暂存仓进料口完全对齐，斗链回转到上端时料斗自然翻转，将采集到的岩壤倒入暂存仓内，整个采集输送过程不需要额外的转接机构，减少了故障点。整机的动力传递路径采用分路设计，行走驱动与采集机构驱动相互独立，行走时可以单独切断采集机构的动力，降低行驶过程中的能耗；挖掘作业时可以根据岩壤的硬度调整斗链的运转速度，遇到较硬的固结岩块时可以降低运转速度，提升料斗的切削力，避免卡滞。

　　考虑到地外作业的维护难度，所有的回转铰接点都采用自润滑密封轴承，不需要定期加注润滑脂即可长时间工作，斗链的张紧机构设置在主框架两侧的外露位置，即使在穿着航天服的操作条件下，也能快速完成张紧度的调整，不需要拆解外围护板。料斗采用耐磨冲压成型结构，刃口做了硬化处理，在铲入含有细碎砾石的岩壤时不容易卷刃，单个料斗通过螺栓固定在斗链上，出现磨损时可以单独更换，不需要更换整条斗链，降低备件的携带重量。整机的重心控制在轮组围成的支撑面中心偏前位置，在挖掘作业时前端采集机构受到的挖掘反力可以通过重心配平抵消，不会出现整机翘头的情况；行驶时重心位置也能保证四个轮组的接地压力基本一致，在松软的浮土层行驶时不容易出现单侧轮组打滑陷车的问题。

　　框架两侧设置的纵向支撑杆，既作为采集机构的安装基座，也作为整机的吊装点，整体吊装时不需要额外设计吊具连接结构，直接通过两侧的杆件即可完成整机组装、转移过程中的吊装作业。在功能拓展性上，主框架上部预留的标准安装孔位，可以兼容搭载小型机械臂、光谱分析仪等载荷，在完成挖掘采样的同时，还能完成原位探测、样本分选等附加作业，不需要对整机结构进行颠覆性修改。这套装置的设计没有照搬地面工程用挖掘机的结构逻辑，而是完全针对低重力、无大气、维护条件差的特殊作业环境做了适配，去掉了所有非必要的冗余结构，在保证作业效率的前提下尽可能压缩整机重量与体积，同时兼顾了作业可靠性与功能拓展性，能够满足地外天体表面岩壤采样、场地整理等多种作业需求。