对未知领域的认知，对茫茫宇宙的探索，是人类发展的永恒动力，是人
类的不懈追求。美国、前苏联、俄罗斯等均对地外星体进行过探测和采样分
析。作为新晋崛起的航天大国——中国，目前也规划的“绕”、“落”、“回”三
个阶段的月球探测计划。而在探测过程中，节能和对月球土壤（月壤）参数
进行辨识则是两大焦点问题。本文在探月三期计划中的“表取采样机构月壤
参数反演”项目支持下，旨在研制出一套适用于月球探测、采样返回的机械
臂末端采样器，并且研究出一套能够可靠实现的月壤参数辨识的方法，同时
依据辨识结果指导最优挖掘轨迹的制定，进而达到减少能耗的目的。
考虑到月球表面采样环境的不确定性及低重力环境下月壤颗粒运动的不
可知性，本文围绕着低重力环境下月壤颗粒的流动性，运用颗粒物质力学软
件 EDEM 进行仿真分析，获得了月壤内摩擦角及月壤与工具间的摩擦角对
其流动性的影响规律，同时得到了低重力环境下采样器敲击机构的最优激振
频率及方向。在结构设计方面应用仿生学设计原理，以减阻为目标对末端采
样器挖掘铲的铲形进行优选设计。在此基础上研制出一种集采样、激振、贮
存、锁定等功能于一体的月壤采样器