行星式月球表土采集挖掘作业装置

该装置面向地外天体无人表土采样作业场景设计，核心针对月球低重力、高真空、无大气的特殊作业环境，解决传统挖掘设备在天体表面作业时扬尘干扰、作业效率不足、姿态适配性差的问题，可在连续行进过程中同步完成表土剥离、矿物收集、物料输送全流程作业，适配月面崎岖地形的行走与作业需求。整机采用对称双轮架行星布局，两组反向旋转的桶形轮架作为核心执行载体，轮架周向均匀布置带扭曲曲面的弹簧铲斗，轮架转动过程中铲斗随轮体公转切入表土层，依靠曲面结构将铲取的物料向内侧导流，避免低重力环境下物料抛洒逸散，同时减少铲取过程中的扬尘扩散。每组轮架配套独立的斗式输送结构，铲斗收集的表土在轮架转动至内侧卸料位时，依靠重力与导流结构落入输送料槽，输送结构单循环可承载21升物料，将采集到的矿物颗粒输送至密闭料仓内暂存，料仓采用带盖密封结构，避免输送过程中细颗粒月壤在低重力环境下飘出。轮架上共配置14个1.5升容积的铲斗，可在轮架转动过程中从两个360毫米宽度的作业幅宽内持续剥离成锥堆积的表土，扭曲型铲斗曲面可在铲入过程中自动将颗粒状矿物归集到铲斗中心，减少铲取阻力与物料撒漏。动力端采用两台高扭矩电机独立驱动两侧轮架，两组轮架转向相反，可抵消作业过程中产生的偏转力矩，提升整机在松软月壤上的作业稳定性，单循环作业可挖掘42立方厘米表土，配合轮架转速匹配，可实现每分钟4个完整挖掘周期，平均挖掘效率可达168升/分钟，满足无人探测任务的采样效率要求。整机行走端采用带辐条的轮式行走结构，轮缘采用大接触面积设计，降低对月面的接地比压，避免在松软表土层下陷，两侧轮架与行走底盘采用铰接连接，可随地形起伏自适应调整轮架接地角度，保证铲斗在不同坡度地形下都能保持合适的切入角度。结构材质选用15-5PH H1025不锈钢，兼顾结构强度与低温环境下的韧性，适配月面昼夜大温差的工作环境，整体结构无外露易卡滞的传动部件，可适应月壤细颗粒的磨蚀工况，避免细颗粒进入传动间隙造成机构卡滞。设计阶段通过多物理场仿真对轮架受力、铲取阻力、物料输送轨迹进行验证，针对钛铁矿类模拟月壤完成了原理样机的作业性能测试，可在低重力模拟环境下稳定完成连续挖掘作业，后续可拓展应用于小行星表面采样、极端环境无人采矿等场景，其对称行星轮架的布局思路也可为地面松软地质条件下的浅层采矿设备设计提供参考。