随着科技不断发展,对未知宇宙的不断探索,冲出地球走向太空是人类科技发展的不懈追求。美国、前苏联等国均对星体进行过探测和采样分析。作为新世纪的航天大国,中国目前对于月球探索也制定了“绕、落、回”三步走的战略规划。本文旨在设计一种多功能机械手,使其既能够对月岩进行抓取,也能对表层月壤进行收集,通过该机械手可以进一步满足月球无人采样的任务需求。本文首先针对特定月球工况,开展对月海地区典型月岩与表层月壤的调研,明确工作任务与设计需求;应用欠驱动原理对多功能机械手进行方案设计,提出一种结构可靠的多功能机械手构型,并提出两种结构不同的末端指节,通过仿真软件分别对二者的性能进行评估。优选出最合适的结构。开展对机械手抓取特性的理论分析,通过进行运动学,静力学及动力学的公式推导,建立该机械手在抓取过程中以及抓取完成后的参数化模型。利用运动仿真软件对抓取过程中轨迹运动进行模拟,验证其功能可行性,应用有限元软件对抓取性能进行刚柔耦合的强度分析,开展静力学与动力学仿真,校核机械手在月岩抓取工况下的强度,验证机械手在月岩抓取功能中的结构可靠性。针对月岩抓取过程中的动态特性与静态特性,进一步进行理论分析,评估手指各个指节的长度,避免在抓取过程中发生弹射现象;对手指末端指节进行运动学分析,推导稳定运动过程中末端指节的运动轨迹表达式;结合抓取特性提出抓取性能指标,对机械手的抓取性能进行评价,优选最合理的尺寸;开展力封闭理论分析,判断在不同模式抓取下力封闭性的优劣程度,确定稳定性最好的抓取手势。应用土力学理论,建立机土耦合过程中末端指节与表层月壤相互作用的受力模型;采取Adams-Edem联合仿真的形式,将欠驱动运动轨迹与末端指节对月壤的剪切破坏相结合,验证功能可行性;应用有限元软件,进行机械手在月壤采集过程中的强度校核,验证其在表层月壤采集过程中的结构可靠性。