CN110186709A - 一种月基保真取芯多级大深度钻进系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种月基保真取芯多级大深度钻进系统及方法，所述系统包括：设置在登入器内部的转盘、设置在所述转盘的表面的保真取芯工具、设置在所述转盘的表面的空间支架、设置在所述空间支架的顶部的工作平台、设置在所述工作平台的底面的机械手臂以及设置在所述工作平台的底面的摄像头；所述机械手臂与所述工作平台固定连接，所述摄像头与所述工作平台固定连接。本发明解决了对月球土壤的取芯作业问题，实现了保真状态下对月球土壤的采集、开挖和输送作业，同时增大了月球土壤取芯的采样量。

Description

一种月基保真取芯多级大深度钻进系统及方法

技术领域

本发明涉及月球探测应用技术领域，更具体地说，它涉及一种月基保真取芯多级大深度钻进系统及方法。

背景技术

深空探测是未来发展的必然方向，而月球是距离人类最近的天体，月球上富含铁、钛、铀等矿物资源，而且还有著名的氦-3气体能源，月球表面样品的价值可以称得上是价值连城；因此，月球钻探对于人类研究月球表面的物质组成、月球起源、地球气候和水域潮汛现象、未来资源等问题具有重大战略意义。

与常规陆上钻探活动不同的是，月球钻探活动会面临诸多挑战，由于受到月球表面高真空、强辐射、昼夜温差大等复杂环境以及月壤高吸附性和摩擦性的影响，月壤的采集、开挖和输送工作，都面临巨大挑战，尤其是在保真状态（使样品保持原有状态）下实现探钻操作更是难上加难。

因此，现有技术还有待改进与发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种月基保真取芯多级大深度钻进系统及方法，旨在解决对月球土壤的取芯作业问题，实现保真状态下对月球土壤的采集、开挖和输送作业，同时增大月球土壤取芯的采样量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供一种月基保真取芯多级大深度钻进系统，其中，包括：设置在登入器内部且与所述登入器转动连接的转盘、设置在所述转盘的表面且用于对月球土壤进行采样的保真取芯工具、设置在所述转盘的表面且与所述转盘固定连接的空间支架、设置在所述空间支架的顶部且与所述空间支架转动连接的工作平台、设置在所述工作平台的底面且用于抓取所述保真取芯工具的机械手臂以及设置在所述工作平台的底面且用于观测月球表面的摄像头；所述机械手臂与所述工作平台固定连接，所述摄像头与所述工作平台固定连接。

进一步地，所述机械手臂为多自由度式机械手臂，所述机械手臂的尾部设置有用于检测所述月球土壤表面硬度的硬度传感器，所述硬度传感器与所述机械手臂固定连接。

进一步地，所述保真取芯工具包括工具本体、多级重叠式液压缸机构、电机驱动机构、超声激震动力机构、外部探钻机构以及内部探钻机构；

所述多级重叠式液压缸机构与所述工具本体固定连接；所述电机驱动机构与所述多级重叠式液压缸机构固定连接；所述超声激震动力机构与所述多级重叠式液压缸机构固定连接；所述外部探钻机构与所述电机驱动机构固定连接；所述内部探钻机构与所述超声激震动力机构固定连接。

进一步地，所述多级重叠式液压缸机构包括中空伺服缸、气动伺服缸、连接壳体以及钻探压力传感器；

所述中空伺服缸设置在所述气动伺服缸的两侧，且所述中空伺服缸与所述工具本体固定连接；所述气动伺服缸的底部与所述中空伺服缸的底座固定连接；所述连接壳体与所述中空伺服缸的推杆固定连接；所述钻探压力传感器与所述连接壳体固定连接。

进一步地，所述电机驱动机构包括驱动外壳、中空定子、中空转子以及推力轴承组；

所述驱动外壳与所述钻探压力传感器固定连接；所述中空定子与所述驱动外壳固定连接；所述推力轴承组与所述中空定子固定连接；所述中空转子与所述推力轴承组固定连接。

进一步地，所述超声激震动力机构包括连接杆、上盖板、压电陶瓷、下盖板以及变幅杆；

所述连接杆穿过所述中空转子和所述连接壳体的中心，且所述连接杆的顶部与所述气动伺服缸的推杆固定连接；所述上盖板与所述连接杆固定连接，所述压电陶瓷与所述上盖板固定连接，所述下盖板与所述压电陶瓷固定连接；所述变幅杆与所述下盖板固定连接。

进一步地，所述外部探钻机构包括外钻壳体和外部钻头；

所述外钻壳体的顶部与所述中空转子固定连接；所述外部钻头设置在所述外钻壳体的底部，且所述外部钻头与所述外钻壳体固定连接。

进一步地，所述内部探钻机构包括内钻壳体、内部钻头、卡爪以及密封气囊；

所述内钻壳体与所述变幅杆固定连接；所述内部钻头设置在所述内钻壳体的底部，且所述内部钻头与所述内钻壳体固定连接；所述卡爪设置在所述所述内钻壳体内壁，且所述卡爪与所述内钻壳体转动连接；所述密封气囊设置在所述卡爪的外侧，且所述密封气囊与所述内钻壳体固定连接。

进一步地，所述内钻壳体与所述外钻壳体之间设置有导向支撑结构，所述导向支撑结构与所述内钻壳体固定连接，且所述导向支撑结构与所述外钻壳体滑动连接。

本发明还提供一种月基保真取芯多级大深度钻进方法，其中，包括以下步骤：

当登入器接收到发射基地发送的钻探信号时，控制机械手臂从转盘上抓取保真取芯工具，并将所述保真取芯工具放置在月球表面；

当所述机械手臂将所述保真取芯工具放置在所述月球表面时，获取硬度传感器输出的信号，并根据所述信号判断所述月球表面的土壤硬度是否符合采样标准；

当所述月球表面的土壤硬度符合采样标准时，控制所述保真取芯工具中的电机驱动机构进行运转，利用所述电机驱动机构带动外部探钻机构对所述月球表面的土壤进行钻探；

当所述外部探钻机构在钻探过程中遇到硬质岩层时，控制所述保真取芯工具中的超声激震动力机构进行激震，利用所述超声激震动力机构带动内部探钻机构对所述硬质岩层进行取芯；

当所述内部探钻机构完成取芯时，将所述月球表面的土壤样品保存在所述保真取芯工具中，并控制所述登入器的绳索装置取回所述保真取芯工具，将所述保真取芯工具放回所述转盘上。

本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：

本发明通过在登入器的内部设置转盘、保真取芯工具、空间支架、工作平台、机械手臂以及摄像头，控制机械手臂将保真取芯工具放置在月球的表面，并利用所述保真取芯工具对月球表面的土壤、岩石等进行采样，解决了对月球土壤的取芯作业问题，实现了保真状态下对月球土壤的采集、开挖和输送作业，同时增大了月球土壤取芯的采样量。

附图说明

图1是本发明较佳实施例中登入器1的结构示意图。

图2是图1中月基保真取芯多级大深度钻进系统2的结构示意图。

图3是图2中转盘9的俯视图。

图4是图2中保真取芯工具8的剖面视图。

图5是本发明较佳实施例中月基保真取芯多级大深度钻进方法的流程图。

图中：1、登入器；2、月基保真取芯多级大深度钻进系统；3、支架底座；4、取芯通道；5、工作平台；6、机械手臂；7、空间支架；8、保真取芯工具；9、转盘；10、摄像头；11、硬度传感器；81、悬挂接头；82、气动伺服缸；83、中空伺服缸；84、伺服缸底座；85、连接壳体；86、压力传感器；87、驱动外壳；88、推力轴承组；89、滑动支撑结构；810、中空定子；811、中空转子；812、连接杆；813、上盖板；814、压电陶瓷；815、变幅杆；816、外钻壳体；817、内钻壳体；818、下盖板；819、内部钻头；820、导向支撑结构；821、卡爪；822、密封气囊；823、外部钻头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例一：

如图1所示，图1为本实施例中登入器1的结构示意图。

在本实施例中，当所述登入器1登入月球表面时，所述登入器1通过底部的支架底座3进行支撑；当需要对月球表面土壤进行开挖时，所述登入器1通过底部的取芯通道4进行探测；在所述登入器1上设置有信号接收模块和控制指令模块，所述信号接收模块用于接收发射基地发送的信号，并将所述信号转换为数字控制程序；转换后的数字控制程序由所述控制指令模块输出控制指令，控制所述登入器1内部的月基保真取芯多级大深度钻进系统2进行工作。

如图2和图3所示，本实施例提供的月基保真取芯多级大深度钻进系统2，包括转盘9、保真取芯工具8、空间支架7、工作平台5、机械手臂6以及摄像头10。

在本实施例中，所述转盘9设置在所述登入器1的内部，且所述转盘9与所述登入器1转动连接；当需要转动所述转盘9时，可通过所述转盘9底部的电机驱动所述转盘9旋转到指定位置；所述保真取芯工具8的数量优选为8个，8个所述保真取芯工具8沿所述转盘9的圆周均匀地排布，且每个保真取芯工具8均通过气动夹持手固定在所述转盘9的表面；当需要使用所述保真取芯工具8时，控制所述气动夹持手松开，通过所述机械手臂6夹取所述保真取芯工具8。

所述空间支架7设置在所述转盘9的表面，且所述空间支架7与所述转盘9固定连接；所述工作平台5设置在所述空间支架7的顶部，且所述工作平台5与所述空间支架7转动连接；当需要改变所述工作平台5的方位时，可通过所述工作平台5两端的电机进行驱动，使所述工作平台5在所述空间支架7上饶所述工作平台5所在的中心轴旋转。

所述机械手臂6设置在所述工作平台5的底面，且所述机械手臂6与所述工作平台5固定连接；优选地，在本实施例中，所述机械手臂6为多自由度式机械手臂，可用于夹持所述保真取芯工具8，并将所述保真取芯工具8夹持至所述登入器1底部的取芯通道4内，使所述保真取芯工具8沿所述取芯通道4放置月球表面；所述摄像头10设置在所述工作平台5的底面，且所述摄像头10与所述工作平台5固定连接；所述摄像头10可用于观测所述月基保真取芯多级大深度钻进系统2内部的工作状态，以保证其工作的可靠性；同时，所述摄像头10还可用于观测月球表面并寻找合适的采样点。

在本实施例中，优选地，所述机械手臂6的数量为2个；每个所述机械手臂6的末端均设置有硬度传感器11，所述硬度传感器11与所述机械手臂6固定连接；所述硬度传感器11可用于检测月球土壤表面的硬度，当所述机械手臂6夹持所述保真取芯工具8放置在月球表面时，通过所述硬度传感器11输出的信号判断月球表面土壤的硬度。

在本实施例中，所述月基保真取芯多级大深度钻进系统2的工作原理如下：

所述登入器1登入月球后，所述支架底座3将所述登入器1固定在月球的表面，由发射基地发送指令控制所述登入器1运行所述月基保真取芯多级大深度钻进系统2；当接收到钻进采样指令时，所述机械手臂6从所述转盘9上抓取一个保真取芯工具8，并通过取芯通道4将所述保真取芯工具8放置在月球的表面；同时，通过所述硬度传感器11输出的信号判断月球表面土壤的硬度，选择合适的采样点后开始进行钻进采样。

进一步地，如图4所示，所述保真取芯工具8包括工具本体（未标注）、多级重叠式液压缸机构（未标注）、电机驱动机构（未标注）、超声激震动力机构（未标注）、外部探钻机构（未标注）以及内部探钻机构（未标注）；其中，所述多级重叠式液压缸机构与所述工具本体固定连接；所述电机驱动机构与所述多级重叠式液压缸机构固定连接；所述超声激震动力机构与所述多级重叠式液压缸机构固定连接；所述外部探钻机构与所述电机驱动机构固定连接；所述内部探钻机构与所述超声激震动力机构固定连接。

在本实施例中，所述多级重叠式液压缸机构用于驱动所述外部探钻机构和所述内部探钻机构向下钻探，以使所述外部探钻机构和所述内部探钻机构能够下到指定的深度；在所述多级重叠式液压缸机构驱动所述外部探钻机构向下钻探的同时，通过所述电机驱动机构驱动所述外部探钻机构进行旋转，以保证所述外部探钻机构可以顺利地开挖；在所述多级重叠式液压缸机构驱动所述内部探钻机构向下钻探的同时，若遇到硬质岩石层，通过所述超声激震动力机构对所述内部探钻机构产生振动切削，以助于完成硬质岩石层的取芯工作。

进一步地，如图4所示，所述多级重叠式液压缸机构包括中空伺服缸83、气动伺服缸82、连接壳体85以及钻探压力传感器86。

在本实施例中，所述中空伺服缸83的数量为2个，2个所述中空伺服缸83分别设置在所述气动伺服缸82的两侧位置，且2个所述中空伺服缸83分别与所述工具本体通过销钉或者螺钉固定连接；在每一个所述中空伺服缸83的底部均设置有伺服缸底座84；所述气动伺服缸82的一端与其中一个伺服缸底座84固定连接，所述气动伺服缸82的另一端与其中另一个伺服缸底座84固定连接。

在本实施例中，在2个所述中空伺服缸83当中，其中一个所述中空伺服缸83的推杆固定在所述连接壳体85的一端，另一个所述中空伺服缸83的推杆固定在所述连接壳体85的另一端；在所述连接壳体85的底部设置有所述钻探压力传感器86，所述钻探压力传感器86与所述连接壳体85固定连接。

所述中空伺服缸83用于推动与之连接的电机驱动机构，从而带动所述电机驱动机构下方的外部探钻机构向下钻探；在所述中空伺服缸83工作的过程中，给予外部探钻机构一个向下的压力，以使所述外部探钻机构可以深入到月球土壤内部；所述气动伺服缸82则用于推动与之连接的超声激震动力机构向下钻探；在所述气动伺服缸82工作的过程中，若遇到硬质岩石层，通过所述超声激震动力机构对所述内部探钻机构产生振动切削，以助于完成硬质岩石层的取芯工作；所述钻探压力传感器86则用于感应在钻探过程中的压力大小，从而根据压力大小调节所述中空伺服缸83和所述气动伺服缸82的下压的压力。

进一步地，所述电机驱动机构包括驱动外壳87、中空定子810、中空转子811以及推力轴承组88；其中，所述驱动外壳87承接所述钻探压力传感器86，并与所述钻探压力传感器86固定连接；所述中空定子810与所述驱动外壳87固定连接；所述推力轴承组88与所述中空定子810固定连接；所述中空转子811与所述推力轴承组88固定连接。

在本实施例中，所述电机驱动机构用于驱动下方的所述外部探钻机构进行转动，通过所述中空转子811带动所述外部探钻机构中的外钻壳体816进行转动，从而带动所述外钻壳体816下方的外部钻头823进行开采；所述推力轴承组88固定在所述中空定子810内，所述中空转子811则装配在所述推力轴承组88上。

进一步地，为了保证所述保真取芯工具8在所述取芯通道4内运行的稳定性，在所述驱动外壳87的表面设置有滑动支撑结构89；所述滑动支撑结构89与所述驱动外壳87固定连接；当所述机械手臂6将所述保真取芯工具8放入所述取芯通道4时，所述滑动支撑结构89进行张开，并与所述取芯通道4的内壁胀紧接触，从而将所述保真取芯工具8固定在所述取芯通道4的孔壁上；同时，所述保真取芯工具8的工具本体可沿着所述滑动支撑结构89的内壁进行一定行程的轴向移动；通过所述滑动支撑结构89的支撑作用，使得所述保真取芯工具8可以在所述取芯通道4内稳定地运行。

进一步地，所述超声激震动力机构包括连接杆812、上盖板813、压电陶瓷814、下盖板818以及变幅杆815；其中，所述连接杆812从所述中空转子811和所述连接壳体85的中心穿过，且所述连接杆812的顶部与所述气动伺服缸82的推杆固定连接；当所述连接杆812穿过所述中空转子811和所述连接壳体85的中心时，在所述中空转子811和所述连接壳体85的中心处均设置有对应的轴承；所述连接杆812的底部则与所述上盖板813固定连接；所述压电陶瓷814与所述上盖板813固定连接；所述下盖板818与所述压电陶瓷814固定连接；所述变幅杆815与所述下盖板818固定连接。

在本实施例中，所述连接杆812承接所述气动伺服缸82的推杆，将所述气动伺服缸82的钻压传递至所述变幅杆815，使得所述变幅杆815可以带动下方的所述内部探钻机构向下钻探；当所述内部探钻机构向下钻探时，若遇到硬质岩石层，通过所述压电陶瓷814产生的激震，使得所述变幅杆815可以带动所述内部探钻机构向下切削，从而完成对硬质岩石层的采集工作。

进一步地，所述外部探钻机构包括外钻壳体816和外部钻头823；其中，所述外钻壳体816的顶部承接所述中空转子811，并与所述中空转子811固定连接；当所述中空转子811转动时，可带动所述外钻壳体816一起转动；所述外部钻头823设置在所述外钻壳体816的底部，且所述外部钻头823与所述外钻壳体816固定连接；当所述外钻壳体816转动时，通过所述外部钻头823的切削，可在月球表面钻出预定大小的钻洞。

进一步地，所述内部探钻机构包括内钻壳体817、内部钻头819、卡爪821以及密封气囊822；所述内钻壳体817的顶部承接所述变幅杆815，并与所述变幅杆815固定连接；在所述内钻壳体817的底部设置有内部钻头819，所述内部钻头819与所述内钻壳体817固定连接；在所述内钻壳体817的内壁上则设置有卡爪821，所述卡爪821与所述内钻壳体817转动连接；在所述卡爪821的外侧，即所述卡爪821与所述内钻壳体817的内壁之间设置有密封气囊822，所述密封气囊822与所述内钻壳体817固定连接。

在本实施例中，当所述内部探钻机构向下钻探时，若遇到硬质岩石层，可通过控制所述超声激震动力机构产生震荡，从而带动所述内部钻头819向下切削，对所述硬质岩石层进行取芯；当所述内部探钻机构完成取芯工作时（即已经完成对硬质岩石的钻探），控制所述卡爪821卡断所述硬质岩石层的岩心；进而控制所述卡爪821外侧的所述密封气囊822进行膨胀，并填满所述内部探钻机构中的密封槽；由于，月球上的环境为近真空环境，而地球上的环境为高压环境，当所述保真取芯工具8被带回地球地面时，所述密封气囊822在地球大气压力的作用下，可形成自密封的状态。

进一步地，在所述内钻壳体817与所述外钻壳体816之间设置有导向支撑结构820，所述导向支撑结构820与所述内钻壳体817固定连接，且所述导向支撑结构820与所述外钻壳体816滑动连接；所述导向支撑结构820可用于对所述内钻壳体817起导向和支撑的作用；通过在所述内钻壳体817与所述外钻壳体816之间设置导向支撑结构820，可保证所述内钻壳体817钻探的稳定性；在所述超声激震动力机构进行振动时，可降低所述内钻壳体817的横向振动。

进一步地，在所述工具本体的顶部设置有悬挂接头81，所述悬挂接头81与所述中空伺服缸83固定连接；在所述保真取芯工具8的取芯工作结束后，通过所述月基保真取芯多级大深度钻进系统2中的绳索装置（未图示）取回所述保真取芯工具8，所述绳索装置下降到所述取芯通道4中时，勾住所述悬挂接头81，然后拉取所述保真取芯工具8，将所述保真取芯工具8放回所述转盘9上。

在本实施例中，所述保真取芯工具8的工作原理如下：

当所述保真取芯工具8被放置在月球表面时，开始进行取样钻进工作；在进行取样钻进时，所述多级重叠式液压缸机构中的中空伺服缸83在气压的作用下，产生向下的推力，从而形成钻进所需要的钻压；所述钻压经过所述连接壳体85和所述压力传感器86向下传递，并由所述电机驱动机构传递至所述外钻壳体816；在所述外钻壳体816的带动下，推动所述外部钻头823向下钻探；而与此同时，在所述保真取芯工具8自带动力电源的作用下，所述电机驱动机构开始工作，所述中空转子811围绕所述连接杆812作定轴转动，并将所述中空转子811所产生的扭矩传递给所述外钻壳体816，在所述外钻壳体816的带动下，所述外部钻头823进行旋转动作；在所述中空伺服缸83以及所述中空转子811的作用下，所述外部钻头823进行旋转钻进的动作。

在所述保真取芯工具8钻探的过程中，若遇到硬质岩石层时，所述超声激震动力机构中的压电陶瓷814和变幅杆815等在电流的作用下产生超声激励振动，并将振动传递给所述内钻壳体817，由所述内钻壳体817将振动传递至所述内部钻头819上；而与此同时，所述连接杆812承接所述气动伺服缸82的钻压，并将钻压传递给所述内部钻头819，对硬质岩石层形成超声振动切削；通过所述超声激震动力机构的高速切削作用，提高取样的钻进效率。

当完成一个行程的取芯钻进后，控制收缩所述滑动支撑结构89，然后进行下一个行程；当进行下一个行程时，再次张开所述滑动支撑结构89，并与所述取芯通道的孔壁胀紧接触，开始新一轮的钻进动作，直至取芯完成。

当取芯完成后，控制所述卡爪821卡断硬质岩石层的岩心，与此同时，所述卡爪821外侧的所述密封气囊822进行膨胀，并填满所述内部探钻机构中的密封槽。

当取样工作完成后，月球土壤的样品被封存在所述保真取芯工具8中，并保持其原始的性能状态；与此同时，控制所述绳索装置下入到所述取芯通道4的内部，通过所述绳索装置勾住所述悬挂接头81，并取回装满样品的所述保真取芯工具8，将其放置在所述转盘9上；然后，控制所述工作平台5进行转动，同时移动所述机械手臂6，抓取下一个所述保真取芯工具8，并开始新一轮的取芯工作；在整个取芯的过程中，可通过所述摄像头10进行详细地观察，以保证所述保真取芯工具8的取芯工作顺利进行。

实施例二：

本实施例提供一种月基保真取芯多级大深度钻进方法，所述方法包括以下步骤：

步骤100，当登入器接收到发射基地发送的钻探信号时，控制机械手臂从转盘上抓取保真取芯工具，并将所述保真取芯工具放置在月球表面；具体如上所述。

步骤200，当所述机械手臂将所述保真取芯工具放置在所述月球表面时，获取硬度传感器输出的信号，并根据所述信号判断所述月球表面的土壤硬度是否符合采样标准；具体如上所述。

步骤300，当所述月球表面的土壤硬度符合采样标准时，控制所述保真取芯工具中的电机驱动机构进行运转，利用所述电机驱动机构带动外部探钻机构对所述月球表面的土壤进行钻探；具体如上所述。

步骤400，当所述外部探钻机构在钻探过程中遇到硬质岩层时，控制所述保真取芯工具中的超声激震动力机构进行激震，利用所述超声激震动力机构带动内部探钻机构对所述硬质岩层进行取芯；具体如上所述。

步骤500，当所述内部探钻机构完成取芯时，将所述月球表面的土壤样品保存在所述保真取芯工具中，并控制所述登入器的绳索装置取回所述保真取芯工具，将所述保真取芯工具放回所述转盘上；具体如上所述。

综上所述，本发明通过在登入器的内部设置转盘、保真取芯工具、空间支架、工作平台、机械手臂以及摄像头，控制机械手臂将保真取芯工具放置在月球的表面，并利用所述保真取芯工具对月球表面的土壤、岩石等进行采样，解决了对月球土壤的取芯作业问题，实现了保真状态下对月球土壤的采集、开挖和输送作业，同时增大了月球土壤取芯的采样量。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种月基保真取芯多级大深度钻进系统，其特征在于，包括：设置在登入器内部且与所述登入器转动连接的转盘、设置在所述转盘的表面且用于对月球土壤进行采样的保真取芯工具、设置在所述转盘的表面且与所述转盘固定连接的空间支架、设置在所述空间支架的顶部且与所述空间支架转动连接的工作平台、设置在所述工作平台的底面且用于抓取所述保真取芯工具的机械手臂以及设置在所述工作平台的底面且用于观测月球表面的摄像头；所述机械手臂与所述工作平台固定连接，所述摄像头与所述工作平台固定连接。

2.根据权利要求1所述的月基保真取芯多级大深度钻进系统，其特征在于，所述机械手臂为多自由度式机械手臂，所述机械手臂的尾部设置有用于检测所述月球土壤表面硬度的硬度传感器，所述硬度传感器与所述机械手臂固定连接。

3.根据权利要求1所述的月基保真取芯多级大深度钻进系统，其特征在于，所述保真取芯工具包括工具本体、多级重叠式液压缸机构、电机驱动机构、超声激震动力机构、外部探钻机构以及内部探钻机构；

所述多级重叠式液压缸机构与所述工具本体固定连接；所述电机驱动机构与所述多级重叠式液压缸机构固定连接；所述超声激震动力机构与所述多级重叠式液压缸机构固定连接；所述外部探钻机构与所述电机驱动机构固定连接；所述内部探钻机构与所述超声激震动力机构固定连接。

4.根据权利要求3所述的月基保真取芯多级大深度钻进系统，其特征在于，所述多级重叠式液压缸机构包括中空伺服缸、气动伺服缸、连接壳体以及钻探压力传感器；

所述中空伺服缸设置在所述气动伺服缸的两侧，且所述中空伺服缸与所述工具本体固定连接；所述气动伺服缸的底部与所述中空伺服缸的底座固定连接；所述连接壳体与所述中空伺服缸的推杆固定连接；所述钻探压力传感器与所述连接壳体固定连接。

5.根据权利要求4所述的月基保真取芯多级大深度钻进系统，其特征在于，所述电机驱动机构包括驱动外壳、中空定子、中空转子以及推力轴承组；

所述驱动外壳与所述钻探压力传感器固定连接；所述中空定子与所述驱动外壳固定连接；所述推力轴承组与所述中空定子固定连接；所述中空转子与所述推力轴承组固定连接。

6.根据权利要求5所述的月基保真取芯多级大深度钻进系统，其特征在于，所述超声激震动力机构包括连接杆、上盖板、压电陶瓷、下盖板以及变幅杆；

所述连接杆穿过所述中空转子和所述连接壳体的中心，且所述连接杆的顶部与所述气动伺服缸的推杆固定连接；所述上盖板与所述连接杆固定连接，所述压电陶瓷与所述上盖板固定连接，所述下盖板与所述压电陶瓷固定连接；所述变幅杆与所述下盖板固定连接。

7.根据权利要求6所述的月基保真取芯多级大深度钻进系统，其特征在于，所述外部探钻机构包括外钻壳体和外部钻头；

所述外钻壳体的顶部与所述中空转子固定连接；所述外部钻头设置在所述外钻壳体的底部，且所述外部钻头与所述外钻壳体固定连接。

8.根据权利要求7所述的月基保真取芯多级大深度钻进系统，其特征在于，所述内部探钻机构包括内钻壳体、内部钻头、卡爪以及密封气囊；

所述内钻壳体与所述变幅杆固定连接；所述内部钻头设置在所述内钻壳体的底部，且所述内部钻头与所述内钻壳体固定连接；所述卡爪设置在所述所述内钻壳体内壁，且所述卡爪与所述内钻壳体转动连接；所述密封气囊设置在所述卡爪的外侧，且所述密封气囊与所述内钻壳体固定连接。

9.根据权利要求8所述的月基保真取芯多级大深度钻进系统，其特征在于，所述内钻壳体与所述外钻壳体之间设置有导向支撑结构，所述导向支撑结构与所述内钻壳体固定连接，且所述导向支撑结构与所述外钻壳体滑动连接。

10.一种月基保真取芯多级大深度钻进方法，其特征在于，包括以下步骤：

当登入器接收到发射基地发送的钻探信号时，控制机械手臂从转盘上抓取保真取芯工具，并将所述保真取芯工具放置在月球表面；

当所述机械手臂将所述保真取芯工具放置在所述月球表面时，获取硬度传感器输出的信号，并根据所述信号判断所述月球表面的土壤硬度是否符合采样标准；

当所述月球表面的土壤硬度符合采样标准时，控制所述保真取芯工具中的电机驱动机构进行运转，利用所述电机驱动机构带动外部探钻机构对所述月球表面的土壤进行钻探；

当所述外部探钻机构在钻探过程中遇到硬质岩层时，控制所述保真取芯工具中的超声激震动力机构进行激震，利用所述超声激震动力机构带动内部探钻机构对所述硬质岩层进行取芯；

当所述内部探钻机构完成取芯时，将所述月球表面的土壤样品保存在所述保真取芯工具中，并控制所述登入器的绳索装置取回所述保真取芯工具，将所述保真取芯工具放回所述转盘上。