碳纤维多轮式星表采样作业装置

该装置针对地外天体表面采样作业场景设计，核心采用碳纤维材质构建主体承载结构，最大化降低自身重量以适配航天发射载荷约束，同时满足星表低重力环境下的作业强度要求。整体采用多组轮式铲斗同轴串联的布局形式，轮体外侧设置带径向辐条的支撑结构，既保证轮体整体抗扭刚度，又能在作业过程中通过轮面的凸起刺状结构切入星表松散覆盖层，减少采样过程中的物料滑脱。

从作业逻辑来看，装置可通过中心轴的回转驱动带动多组轮体同步转动，轮体周向分布的铲斗腔体在随轮转至下方时切入星表物料，随轮转至上方时将采集到的物料倾倒至中心输送通道，单次回转即可完成多组铲斗的连续采样作业，相比单铲斗采样结构作业效率提升明显。轮体表面的刺状结构除辅助切入物料外，还承担磨料磨损指示功能，随着作业时长增加，刺状结构会因与星表磨料的持续摩擦出现直径缩减，作业人员可通过影像观测刺的剩余直径，判断铲刃的磨损程度，无需拆解装置即可完成损耗状态评估，大幅降低星表作业的设备维护难度。

结构设计上充分考虑了增材制造的工艺可行性，主体结构可通过碳纤维3D打印一次成型，仅需极少的打印支撑结构即可完成整体制作，也可采用碳纤维板材裁切拼接的方式加工，适配不同的加工条件。装置最大长度控制在360mm，最大轮径为430mm，整体安装边界紧凑，可直接挂载于小型星表探测机器人的前端作业接口，无需对探测机器人主体结构做大幅改造。单组轮体的铲斗腔体总容积约30升，采样填充率可达70%，能够满足单次出航的采样量需求。

针对星表作业的复杂磨料工况，轮体铲刃区域做了局部加厚处理，刺状结构与铲刃采用一体化成型设计，当刺状结构磨损至阈值时，即提示铲刃已达到使用寿命，此时铲斗仍可依靠腔体结构完成基础采样作业，不会因局部磨损直接导致整体功能失效，具备一定的故障冗余能力。中心轴采用中空结构设计，既减轻自身重量，又可预留采样物料的输送通道，将采集到的物料直接输送至后端存储舱，无需额外设置采样转运机构，进一步简化了整体作业链路。轮体之间设置有间隔挡圈，避免相邻轮体在作业过程中出现物料卡滞，同时保证各轮体的采样区域互不干扰，在松散星表、岩屑覆盖层等不同工况下都能稳定完成采样作业。