地外天体表层采样机械执行装置结构设计

这套采样执行机构主要面向地外天体无人探测任务中的表层及次表层样品采集场景，可搭载于行星巡视探测器或着陆器平台，完成松散月壤、岩屑类样品的定量采集与暂存作业，适配低重力、高真空、大温差的极端作业环境，无需人工干预即可完成全流程采样动作。整套机构采用模块化布局设计，底部为一体化安装基板，所有功能组件均集成在基板平面上，安装孔位按照航天载荷通用安装接口规范预留，可直接适配探测器载荷舱的安装边界，整体外廓尺寸紧凑，不会占用过多载荷安装空间，同时基板采用轻量化构型，在保证结构刚度的前提下尽可能降低整体自重，适配航天发射的载荷重量约束。核心采样执行件为带齿槽的长条形采样臂，臂体内部设计有样品容纳通道，前端为斜切式采样铲口，可在进给过程中顺利切入松散表层介质；臂体侧面加工有连续传动齿，与驱动齿轮组直接啮合，省去了额外的传动连接件，减少传动间隙的同时提升了传动效率。驱动单元采用直流有刷电机作为动力源，搭配锥齿轮与直齿轮组成的减速换向组，将电机的高速旋转运动转换为采样臂的直线进给与小幅摆动复合动作，通过控制电机的旋转圈数可精准控制采样臂的进给深度，单次进给行程可控制在1cm量级，可根据任务需求选择单次1-2cm或2-3cm的递进式进给策略，最大采样深度可达表层以下10cm，满足不同深度层位样品的采集需求。采样臂侧方配套设置圆柱形样品暂存容器，采样臂完成进给取料后，可通过复位动作将采集到的样品导入暂存容器内，容器开口处设置有简易挡料结构，避免低重力环境下样品飘出。机构还集成了接近传感器安装位，传感器探头正对采样臂的运动路径，可实时检测采样臂的进给位置与样品填充量，当采样量达到预设阈值时，传感器输出信号触发电机反转，带动采样臂复位完成样品转移，整套动作逻辑通过电机与传感器的信号联动实现闭环控制，无需复杂的控制算法即可稳定运行。整套传动副均采用敞露式设计，避免月壤颗粒进入封闭传动箱造成卡滞，所有啮合齿面均做了耐磨强化处理，可适应月壤颗粒的磨蚀工况，结构件多采用板材与标准型材拼接，加工工艺性好，装配环节无需复杂工装即可完成调试，后期维护也较为便捷。