NASA月球风化层采样挖掘装置设计

当初做这套装置的时候，最先卡壳的是铝和聚四氟乙烯复合结构的切削公差，月球真空环境下材料形变率和地面工况差太多，第一次打样的轮辋边缘毛刺没处理干净，装配的时候刮花了聚四氟乙烯密封层，直接导致模拟采样时漏料率超了12%。后来调整了切削进给参数，把轮辋和蜂窝状储料舱的配合间隙从0.2mm压到0.08mm，才解决了微重力下的漏料问题。

灵感来源是NASA新月月亮挑战赛的需求，要做超轻型的月壤采集装置，整机95%用铝和聚四氟乙烯，就是为了压发射重量。做结构的时候没走常规挖掘机的臂架结构，用了双轮辐式的挖掘轮，轮片上的切削刃角度改了七次，最开始35度刃角挖模拟月壤的时候卡料，后来调到28度，还在轮辐内侧加了导料弧面，才让削下来的风化层能顺畅滑进储料舱。

跨软件转档的时候踩过坑，最开始在结构软件里做的蜂窝储料舱导成通用格式的时候，薄壁面碎了17处，后来把蜂窝壁厚从0.5mm调到0.7mm，还在每个蜂窝格的棱边加了0.1mm的圆角，才解决转档破面的问题，也顺便提升了储料舱的抗冲击能力，毕竟月壤里有不少硬质颗粒，太薄的壁容易被撞穿。

这套装置做了两种作业模式，半自动模式下可以配合人员远程操作处理复杂地形的采样，全自动模式下靠自带的视觉识别模块找采样点，集装箱式的给料结构能连续接料，不用频繁返航卸料，能实现全天不间断作业。最开始给料机构的拨片用的是硬铝材质，试机的时候把模拟月壤里的玻璃质颗粒磨碎了，不符合采样保真的要求，后来换成聚四氟乙烯拨片，还调整了拨片的转速，从30r/min降到18r/min，既保证送料效率，又不会破坏月壤的原始颗粒结构。

轮组的驱动结构也改了好几次，最开始用的单电机驱动，转向的时候挖掘轮容易打滑，后来改成双电机差速驱动，还在轮面加了仿生防滑纹路，模拟月面低重力高摩擦的工况下，爬坡角度能到22度，足够覆盖大部分月面采样区域。视觉模块的安装座特意做了减震结构，避免挖掘时的震动影响成像精度，安装座的公差卡到0.03mm，就是为了保证相机光轴和挖掘轮的切削平面平行，采样定位误差能控制在5mm以内。