宇航级月球表层采样执行机构设计

　　这套采样执行机构主要适配深空探测场景下的月表原位采样作业，作为机械臂末端执行单元，可直接对接六自由度工业机械臂的标准法兰接口，完成月壤表层抓取、次表层浅钻取芯、样品临时封存的连贯作业流程，适配月球表面高真空、大温差、低重力的极端工况，所有外露结构均做了防冷焊、耐辐照的表面处理，避免月面环境下的结构卡滞与材料性能衰减。从结构布局来看，整套机构采用同轴嵌套式设计，核心采样筒沿主体轴线布置，外围设置三组导向支撑杆件，既承担钻进取样时的轴向载荷，也作为采样筒进给运动的直线导轨，省去了额外的导轨安装空间，整体径向尺寸控制在120mm以内，轴向总长度不超过280mm，安装法兰采用标准ISO 9409-1-40-4-M6接口，

　　可直接匹配多数空间机械臂的末端安装位，无需额外设计转接法兰，降低系统集成的适配成本。驱动部分采用单动力输入的联动设计，通过内部齿轮组与连杆机构的配合，单台驱动电机即可完成采样筒旋转进给、夹取瓣开合、样品舱盖启闭三个动作，减少了驱动元件的数量，既降低了整机重量，也减少了故障点，适配航天设备对高可靠性、低重量的严苛要求。夹取组件布置在机构前端，采用多瓣式楔形结构，当采样筒进给至预定深度后，夹瓣沿锥面滑动收拢，可对直径30mm以内的岩屑、月壤块进行抱持夹取，收拢后的夹瓣可完全封闭采样筒前端开口，避免低重力环境下样品逃逸。采样筒内壁做了镜面抛光处理，减少样品粘附，筒身开设多组减重通槽，在保证结构刚度的前提下尽可能降低整机质量，

　　槽孔边缘均做圆角钝化处理，避免应力集中在大温差环境下引发结构开裂。后端的样品暂存舱采用快拆式结构，采样完成后机械臂可将整套机构转移至返回器样品罐位置，通过预设的对接卡扣直接将样品推入密封罐，无需额外的样品转移操作，降低样品暴露在外界环境的时间，减少样品污染风险。设计过程中针对月面低重力工况做了专门的力学适配，所有运动副均设置了预紧弹簧，消除运动间隙，避免低重力下部件浮动引发的动作卡滞；所有紧固件均采用防松设计，涂覆耐高低温的防松胶，配合防松垫圈双重锁固，承受发射阶段的强振动冲击不松脱。机构的运动行程经过严格校核，采样筒最大进给深度为150mm，可满足月表层至次表层150mm深度的采样需求，夹瓣最大开合角度为45度，

　　可适配最大直径40mm的块状样品抓取，整体运动逻辑做了冗余设计，当进给动作出现卡滞时，可通过反转驱动轴实现进给回退，避免机构卡死在月壤内部影响后续作业。从安装边界来看，整套机构的外围运动包络直径不超过160mm，轴向运动最大伸出量为160mm，作业时不会与机械臂的其他关节、周边探测设备产生运动干涉，可在机械臂的工作半径内完成任意角度的采样作业，适配月表不同地形下的采样点位调整。结构选材上，主体承力结构采用高强度钛合金材质，兼顾强度与轻量化要求，夹取瓣的接触边缘采用硬质合金镶片，应对月表层可能存在的硬质岩块磨损，非金属密封件采用耐辐照的全氟醚橡胶，可在-180℃至150℃的温度区间内保持密封性能，不会因温差变化出现密封失效。