本课题针对我国探月三期项目需求,在着陆器系统空间小、质量轻的约束条件下,提出了多杆组接式月壤钻取采样系统结构方案,分析系统的工作原理,对各部件进行详细的结构设计,以ADAMS为平台建立系统的虚拟样机模型,对其进行运动学仿真分析。在所搭建的试验平台基础上,利用加工的原理样机模型,对两杆组接及取样原理进行了实验验证。首先,通过对系统工作工程及工作原理进行分析和分解,提出系统应具有钻进驱动、钻杆存放、间歇转位等功能,并提炼出多杆组接接头技术、取样技术、钻杆夹持与释放技术等关键技术。在此基础上,对多杆存放机构、多杆组接及拆分机构、驱动机构、取样机构的结构形式进行了方案设计。其次,依据总体方案对系统各部件进行了详细的结构设计与分析。基于岩土钻掘力学,对钻杆的直径、螺旋角、螺距等结构参数进行了理论分析,对钻杆间接头、钻杆与驱动机构间接头、钻头取样机构等进行了结构设计。对钻进与进尺系统的驱动电机进行了功率计算与选择,对相应传动机构的结构形式进行了选择和参数计算。根据系统需求,确定转位机构的方案为槽轮机构,并对槽轮机构及其配套的双爪夹具和单爪夹具进行结构设计。再次,在对各部件进行结构设计基础上,对关键部件进行仿真分析与校核。利用Abaqus对钻杆及其接头在理论承载条件下进行静力学仿真,仿真结果表明满足结构强度与刚度要求。在合理选取各驱动机构上电机的基础上,根据系统的工作时序,利用Proteus电子电路设计仿真软件以及Keil编译软件对电机的控制时序进行了联合仿真,验证了该系统时序的可行性。利用Pro/E软件进行了三维实体建模,并将其导入ADAMS中进行运动学仿真,验证了各机构不存在运动干涉问题;对夹持及对接过程进行动力学仿真;在六杆完全钻进的工况下,对进尺电机和钻进电机所需功率进行仿真。仿真结果表明各部件结构设计符合要求,驱动系统符合动力要求。最后在所搭建的试验平台基础上,利用加工的原理样机模型,对两杆组接及取样原理进行了实验验证。试验结果表明,本文所设计的多杆组接式钻探取样系统具有可行性。