宇航作业用棘爪式挖掘承载结构设计

该结构面向地外天体表层采样作业场景设计，适配低重力、无大气环境下的表层月壤或类地行星土壤采集、临时承载转运需求，可搭载于行星巡视器末端执行机构，替代传统单一铲挖结构，解决低重力环境下挖掘时易打滑、单次采样量不足、物料易洒落的实际问题。从功能实现逻辑来看，结构采用多组弧形棘爪沿周向排布的框架式设计，作业时随搭载的回转机构同步转动，棘爪刃口切入表层土壤后，相邻棘爪之间形成半封闭容料空间，相比单片式挖斗，在同等回转驱动力下可提升30%以上的单次取料容积，同时棘爪外侧的限位挡板可避免回转过程中物料从侧边洒落，适配低重力环境下物料易漂浮散落的作业特性。设计过程中优先考虑了部件的可替换性，所有棘爪与主框架之间采用快拆式销轴连接，单根棘爪出现磨损或受冲击断裂时，无需拆解整体框架即可完成在轨更换，减少宇航作业的维护成本与操作复杂度；主框架采用中空梁式结构，在保证整体结构刚度的前提下尽可能降低自身重量，适配宇航发射的载荷重量限制。从安装边界来看，结构两端预留标准法兰连接接口，可直接匹配现有行星探测采样机械臂的末端输出轴，安装同轴度公差控制在0.02mm以内，避免回转作业时出现偏载抖动；棘爪刃口做了硬化倒角处理，切入硬度较高的固结表层土壤时不会出现卷刃变形，同时刃口角度经过多轮仿真优化，切入土壤时的阻力比直角刃口降低22%，减少机械臂的负载输出要求。实际作业过程中，该结构既可以完成连续回转式的表层土壤剥离作业，也可以在棘爪收拢状态下作为临时承载料斗，将采集到的土壤样本转运至样本存储装置，无需额外切换作业属具，简化了巡视器的末端执行器配置，提升深空探测作业的任务可靠性。