CN113092158B - 一种地外天体的钻表异构式采样系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地外天体的钻表异构式采样系统及方法，系统包括：装在地外天体采样航天器上的钻探采样模块、铲挖采样模块、样品封装模块和环境感知及视觉监测模块，铲挖采样模块与钻探采样模块对侧安装，样品封装模块在铲挖采样模块和钻探采样模块之间，环境感知及视觉监测模块的位置由铲挖采样模块、钻探采样模块和样品封装模块确定；方法为：钻探采样模块用于获取地外天体表层下方设定深度内的次表层土壤，铲挖采样模块用于获取地外天体表层土壤样品，二者采集到的样品均转移至样品封装模块中；环境感知及视觉监测模块，一用于获取钻探采样和铲挖采样的采样区地形结构，二用于对钻探采样、铲挖采样、样品封装以及样品转移过程进行视觉监测。

Description

一种地外天体的钻表异构式采样系统及方法

技术领域

本发明涉及空间探测技术领域，具体涉及一种地外天体的钻表异构式采样系统及方法。

背景技术

嫦娥五号探测器需要实现我国首次月球采样返回，复杂的月面地形和未知的月壤状态将给月壤采集带来极大挑战。在各种约束条件下的非结构化月表环境中，需要确保采集到样品，必须设计一种可靠高效的采样系统。

目前只有苏联的钻探方式实施了无人采样返回，但是采集样品无法实现多样性的需求。美国通过宇航员采集样品返回地球，带回了大量的岩石样品，但是采样方式不能适用于无人采样返回任务。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种地外天体的钻表异构式采样系统及方法，应用于地外天体无人探测任务中进行接触式土壤样品采集的采样系统设计，能够实现地外天体的表面层多点和深层钻探采集，从而提高采样的可靠性。

本发明的技术方案为：一种地外天体的钻表异构式采样系统，包括：安装在地外天体采样航天器上的钻探采样模块、铲挖采样模块、样品封装模块和环境感知及视觉监测模块，其中，铲挖采样模块与钻探采样模块对侧安装，样品封装模块在铲挖采样模块和钻探采样模块之间，环境感知及视觉监测模块的位置由铲挖采样模块、钻探采样模块和样品封装模块的位置确定；

所述钻探采样模块用于获取地外天体表层下方设定深度内的次表层土壤，铲挖采样模块用于获取地外天体表层土壤样品，二者采集到的样品均转移至样品封装模块中；环境感知及视觉监测模块，一方面用于获取钻探采样和铲挖采样的采样区地形结构，另一方面用于对钻探采样、铲挖采样、样品封装以及样品转移过程进行视觉监测。

优选地，所述钻探采样模块包括：支撑结构、采样钻具、钻进机构、进给机构、展开机构和整形机构；支撑结构固定在地外天体采样航天器上，钻进机构通过其上的滚轮与支撑结构上的滑轨配合安装，实现钻进机构沿支撑结构上下滑动；采样钻具安装在钻进机构的下端，钻进机构可驱动采样钻具旋转；进给机构与钻进机构之间通过钢丝绳连接，进给机构通过收紧或放松钢丝绳带动钻进机构向下或向上滑动；展开机构运动展开端安装在支撑结构上端部，固定端与整形机构固定安装，展开机构可带动整形机构进行展开运动。

优选地，所述进给机构设置在支撑结构上端，钢丝绳两端固定在钻进机构下端相对两侧，中部分别绕过支撑结构下端对侧安装的两个定滑轮和支撑结构上端对侧安装的两个定滑轮后缠绕在进给机构上。

优选地，所述整形机构包括：支架、导向筒、套筒和驱动套筒沿导向筒运动的驱动部件，导向筒一端设有轴肩并通过支架固定在展开机构上，套筒同轴套装在导向筒另一端。

优选地，所述采样钻具包括：钻头、钻杆、取样软袋和封口器，钻头设置在钻杆的下端部，且二者内部设有同轴的通孔，取样软袋一端包覆在钻杆内壁上，随着钻头钻入目标采样土壤中，样品被取样软袋所包覆，取样软袋另一端依次穿过采样钻具、钻进机构合展开机构后，有序缠绕在整形机构的外表面上；当获取到足够多的样品时，设置在取样软袋上的封口器将取样软袋24封口，把样品封装在取样软袋中。

优选地，所述环境感知及视觉监测模块由铲挖采样环境感知组件、钻探采样环境感知组件和样品转移及密封观测组件构成；

所述铲挖采样环境感知组件由立体双目成像传感器构成，感应视场覆盖铲挖采样模块的铲挖采样区，并对该区进行双目立体成像，获得采样区地形结构的立体信息；同时铲挖采样环境感知组件对铲挖采样过程进行视觉观测；

所述钻探采样环境感知组件由单个成像传感器构成，感应视场覆盖钻探采样的采样区，对钻探采样的采样区地形结构进行感知；同时钻探采样环境感知组件对钻探采样模块初始钻入表层土壤的过程进行视觉观测；

所述样品转移及密封观测组件由单个成像传感器构成，感应视场覆盖样品封装模块及钻探采样模块中的展开机构和整形机构所在位置；当展开机构展开后，其感应视场覆盖样品转移阶段时的铲挖采样模块。

优选地，所述铲挖采样模块包括：铲挖采样机械臂和铲挖采样装置；铲挖采样机械臂一端固定在地外天体采样航天器上，铲挖采样装置安装在铲挖采样机械臂的另一端，铲挖采样装置上设有挖铲勺和伸缩铲机构，挖铲勺可进行铲挖和收起运动，伸缩铲机构可进行伸出和回收运动，二者配合完成样品采集和封闭。

优选地，所述样品封装模块由密封盖体机构和密封容器组成；所述密封容器中可容纳采样所获得的样品，样品放入密封容器后密封盖体机构执行合盖，使样品密封保存于密封容器之中；其中，密封盖体机构包括：盖体和驱动盖体合盖密封的驱动件。

一直地外天体的钻表异构式采样方法，包括以下步骤：

S1：地外天体采样航天器着陆或附着于地外天体表面；

S2：由环境感知及视觉监测模块中的钻探采样环境感知组件对钻探采样区进行感知，判断钻探采样点状态；用铲挖采样环境感知组件对铲挖采样区进行感知，对采样区域进行双目立体成像建模，并选择采样点；

S3：将系统工作模式设置为钻探采样模式，实施钻探采样，钻探采样期间持续判断采样状态并对钻探采样实施操作控制，期间根据预设条件决策采样停止或继续，需要停止时执行后续S4，若需继续采样则重复执行S3；

S4：决策并操控钻探采样停止后，判断钻探采样是否采集到样品，若采集到样品则继续执行S5，否则直接执行S6；

S5：对钻探样品进行封装、整形和转移；

S6：控制钻探采样模块的展开机构展开，判断展开机构展开是否正常，不正常则利用铲挖采样模块辅助展开机构展开，若正常则判断样品是否落入样品封装模块之中，正常落入则继续执行S7，若未正常落入，则使用铲挖采样模块辅助样品落入样品封装模块之中；

S7：将系统工作模式设置为铲挖采样模式，实施铲挖采样，铲挖采样期间持续判断采样状态并对铲挖采样实施操作控制；

S8：判断铲挖采样是否铲挖到样品，若铲挖到样品则继续执行S9，若未铲挖到样品则返回S7；

S9：将铲挖得到的样品转移入样品封装模块中，判断铲挖样品采集量是否满足任务要求，若满足任务要求执行S10，若不满足任务要求则返回S7；

S10：控制样品封装模块进行样品密封封装；

S11：携带样品返回地球或对样品进行存储分析。

优选地，当钻探采样模块中的展开机构无法展开时，使用铲挖采样模块推提展开机构，辅助展开机构通过卡滞点；当整形机构上的样品无法进入样品封装模块时，首先将展开机构展开，之后利用铲挖采样模块将整形机构上的样品推入样品封装模块中。

有益效果：

1、本发明提出的钻表异构式采样系统重点解决地外天体(如月球)采样的可靠性，为了确保地外天体采样封装系统具有应对复杂工作环境的柔性能力，该具有并行工作能力，确保在非理想状态下可以根据现场情况，并行或交错开展钻探采样和表层铲挖采样，从而提高系统的整体可靠性；通过钻表异构式设计确保能够采集到需要的地外天体样品，也设计了可以适应钻探、表层铲挖样品初级封装、转移和密封封装的分级封装方案。

2、本发明提出的钻表异构式采样方法，在探测器着陆地外天体表面后，对采样任务环境进行感知和建模，完成对采样目标的选择和确认，地面控制钻表异构式采样系统，先以钻探方式实施深度采样，并完成样品初次封装和转移；深度钻探采样完成后，采样系统切换至表面铲挖采样方式，实现对地外天体表面多点多次采样，并视情况完成样品转移和封装，最后对采集到的样品进行密封封装，以供开展科学分析和探测；该方法，创建了首个钻表异构高可靠采样系统，构建了首个适应非定结构的封装系统，在一次任务中同时获得了深度剖面样品和多点表面样品，获得了纬度最高的地外天体样品。

附图说明

图1为本发明提出的一种钻表异构式采样系统的框图。

图2为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中钻探采样模块的结构示意图。

图3为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中采样钻具的采样示意图。

图4为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中取样软件的整形示意图。

图5为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中样品转移示意图。

图6为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中整形机构展开示意图。

图7为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中铲挖采样机械臂及铲挖采样装置的结构示意图。

图8为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中控制坐标系的示意图。

图9为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中铲挖采样构型示意图。

图10为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中挖铲采样过程示意。

图11为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中样品转移构型示意图。

图12为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中样品封装模块结构及封装过程示意图。

图13为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中环境感知及视觉监测模块各组件设置及视场范围示意图。

图14为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中各模块布局示意图。

图15为本发明提出的一种钻表异构式采样系统的实施流程图。

图16为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中铲挖采样模块辅助钻探采样模块的展开机构展开示意图。

图17为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中整形机构的套筒无法转移入密封容器的示意图。

图18为本发明提出的一种钻表异构式采样系统中铲挖采样模块将整形机构套筒辅助推入样品封装模块的示意图。

其中，1-支撑结构，11-滑轨，2-采样钻具，21-钻头，22-钻杆，23-取样软袋，24-封口器，3-钻进机构，31-滚轮，4-进给机构，5-展开机构，6-整形机构，61-套筒，62-导向筒，7-铲挖采样机械臂，8-铲挖采样装置，81-挖铲勺，82-伸缩铲机构，9-密封盖体机构，10-密封容器，12-钻探采样环境感知组件，13-样品转移及密封观测组件，14-铲挖采样环境感知组件。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供了一种地外天体的钻表异构式采样系统，应用于地外天体无人探测任务中进行接触式土壤样品采集的采样系统设计，能够实现地外天体的表面层多点和深层钻探采集，从而提高采样的可靠性。

如图1所示，该钻表异构式采样系统包括：钻探采样模块、铲挖采样模块、样品封装模块、控制模块和环境感知及视觉监测模块，如图14所示，这些模块均安装在地外天体采样航天器之上，铲挖采样模块与钻探采样模块对侧安装，样品封装模块在铲挖采样模块和钻探采样模块之间安装，控制模块安装在地外天体采样航天器内部，环境感知及视觉监测模块的安装位置可根据铲挖采样模块、钻探采样模块和样品封装模块的安装位置确定；

钻探采样模块用于获取地外天体表层下方2m深度内的次表层土壤，该模块的设计首先需要具有一定的钻进能力，将地外天体表层土壤切削研磨分解并使采样钻具2钻进至表层下方；同时由于次表层中不同深度的土壤包含较为丰富的年代和地质特征，因此需要采用样品整形和初次封装方式，最大程度的保留钻探采样所获得样品的层序信息；最后采集到的样品需要能够转移至样品封装模块中，确保采集到的样品能够与外界环境隔离并随样品封装模块返回；

铲挖采样模块是为获取地外天体表层土壤样品而设计，与钻探采样模块固定单点位置采样不同，需要能够支持表层多个采样点的土壤样品采集任务，采集到的样品也需转移至样品封装模块中，确保采集到的样品能够与外界环境隔离并随样品封装模块返回；

样品封装模块可容纳采集的样品，并进行密封锁紧；控制模块用于为钻探采样模块、铲挖采样模块、样品封装模块提供电源供给、信息交互和驱动控制等能力；环境感知及视觉监测模块主要有两方面作用，一方面用于获取钻探采样和铲挖采样的采样区地形结构，另一方面用于对钻探采样、铲挖采样、样品封装以及样品转移过程进行视觉监测，辅助地面操控人员控制实施采样封装任务。

本实施例中，如图2所示，钻探采样模块包括：支撑结构1、采样钻具2、钻进机构3、进给机构4、展开机构5和整形机构6；支撑结构1固定安装在地外天体采样航天器上，支撑结构1上设置有滑轨11，钻进机构3上安装了滚轮31，钻进机构3通过其上的滚轮31与支撑结构1上的滑轨11配合安装，钻进机构3可沿支撑结构1上下滑动；采样钻具2安装在钻进机构3的下端，钻进机构3中的电机可驱动采样钻具2旋转；进给机构4与钻进机构3之间通过钢丝绳连接(具体地：进给机构4设置在支撑结构1上端，钢丝绳两端固定在钻进机构3下端相对两侧，中部分别绕过支撑结构1下端对侧安装的两个定滑轮和支撑结构1上端对侧安装的两个定滑轮后缠绕在进给机构4上)，进给机构4通过收紧或放松钢丝绳带动钻进机构3向下或向上滑动；展开机构5运动展开端安装在支撑结构1上端部，固定端与整形机构6固定安装，展开机构5可带动整形机构6进行展开运动；

钻探采样时，进给机构4带动钻进机构3向下滑动为采样钻具2提供钻进时所需的进给力，钻进机构3驱动采样钻具2旋转为采样钻进提供钻进转动力矩，使采样钻具2能够旋转切削和研磨土壤，并通过设置在采样钻具2中的取样软袋23采集样品；

如图4所示，整形机构6将装满样品的取样软袋23从采样钻具2中抽出，缠绕在整形机构6的套筒61上；

如图5所示，当装满样品的取样软袋23完全缠绕在整形机构6的套筒61之上后，整形机构6使缠有取样软袋23的套筒61沿导向筒62落入样品封装模块中，完成样品转移；其中，整形机构6包括：支架、导向筒62、套筒61和驱动套筒61沿导向筒62运动的驱动部件，导向筒62一端设有轴肩并通过支架固定在展开机构5上，套筒61同轴套装在导向筒62另一端；

完成转移后，整形机构6中的支架和导向筒62等仍停留在样品封装模块上方，阻碍了继续向样品封装模块内放入装满样品的取样软袋23的通道，此时需要借助展开机构5带动整形机构6展开(如图6所示)，从而将整形机构6从样品封装模块上方移开。

本实施例中，如图3所示，采样钻具2包括：钻头21、钻杆22、取样软袋23和封口器24，钻头21设置在钻杆22的下端部，且二者内部设有同轴且连通的通孔，取样软袋23一端包覆在钻杆22内壁上，随着钻头21钻入目标采样土壤中，样品被取样软袋23所包覆，取样软袋23另一端依次穿过采样钻具2、钻进机构3合展开机构5后，有序缠绕在整形机构6的外表面上；当获取到足够多的样品时，设置在取样软袋23上的封口器24将取样软袋24封口，把样品封装在取样软袋23之中。

本实施例中，如图7所示，铲挖采样模块包括：铲挖采样机械臂7和铲挖采样装置8；铲挖采样机械臂7根部位置固定安装在地外天体采样航天器上，铲挖采样装置8安装在铲挖采样机械臂7的末端，铲挖采样装置8上设有挖铲勺81和伸缩铲机构82，挖铲勺81可进行铲挖和收起运动，伸缩铲机构82可进行伸出和回收运动，挖铲勺81和伸缩铲机构82配合可完成样品采集和封闭；

铲挖采样模块需要完成表层土壤采样，并将样品转移入样品封装模块中，通过调节铲挖采样机械臂7的机械臂末端位置可实施采样和样品转移动作；为此这里定义控制坐标系，如图8所示，以机械臂根部的安装位置中心点为原点O，XOY平面与铲挖采样机械臂7安装平面平行，-Z方向垂直于XOY平面指向地外天体表面，+X与+Y方面满足右手定则，可根据铲挖采样机械臂7安装位置确定，这里+Y方向定义为远离采样区的方向；

当确定了铲挖采样点的位置S(设该点在控制坐标中的坐标为(x,y,z))后，如图9所示，控制铲挖采样机械臂7携带铲挖采样装置8到达采样点上方位置，并控制铲挖采样装置8的方向与采样点附近的坡度相平行；其中，当前采样点S和原点O的连线OS与其在XOY平面上投影的O′S之间的夹角为α；

铲挖采样所需的铲挖深度应根据采样目标硬度确定，最深不超过4cm，铲挖采样装置8铲挖样品的过程如图10所示，(1)为铲挖采样装置8的初始状态，如(2)～(4)所示，之后铲挖采样装置8与采样点相互耦合作用，将采样点表层土壤铲挖入挖铲勺81内，最后铲挖采样装置8上的伸缩铲机构82伸出将存有土壤样品的挖铲勺81的敞口封闭；

铲挖采样装置8铲挖到样品之后需要将样品转移入样品封装模块中，为保证铲挖采样装置8向样品封装模块中转移样品时不发生样品外洒；如图11所示，此时铲挖采样装置8与控制坐标系的XOY平面之间的角度为β，其取值在196°至227°之间，在该状态下，铲挖采样装置8将伸缩铲机构82收回，将挖铲勺81内的样品倾泻入样品封装模块中，完成样品转移。

本实施例中，如图12所示，样品封装模块由密封盖体机构9和密封容器10组成；密封容器10中可容纳缠有取样软袋23的套筒61和铲挖采样装置8铲挖采样所获得的样品，样品放入密封容器10后密封盖体机构9执行合盖，使样品密封保存于密封容器10之中，与外界环境隔离；其中，密封盖体机构9包括：盖体和驱动盖体合盖密封的驱动件。

本实施例中，如图13所示，环境感知及视觉监测模块由铲挖采样环境感知组件14、钻探采样环境感知组件12和样品转移及密封观测组件13构成；

铲挖采样环境感知组件14由立体双目成像传感器构成，感应视场覆盖铲挖采样装置8可铲挖采样的采样区，对铲挖采样区进行双目立体成像，获得采样区地形结构的立体信息，使地面操控人员可选择适合进行铲挖采样的采样点；同时铲挖采样环境感知组件14也可以对铲挖采样过程进行视觉观测，用于决策判断是否铲挖到土壤样品；

钻探采样环境感知组件12由单个成像传感器构成，感应视场覆盖钻探采样的采样区，可对钻探采样的采样区地形结构进行感知，判断钻探采样点表面是存在硬质岩石或其他物质；同时钻探采样环境感知组件12也可以对钻探采样模块的采样钻具2初始钻进入表层土壤的过程进行视觉观测；

样品转移及密封观测组件13由单个成像传感器构成，感应视场覆盖样品封装模块及钻探采样模块中的展开机构5和整形机构6所在位置；当展开机构5展开后，其感应视场覆盖铲挖采样模块进行样品转移阶段时的铲挖采样机械臂7的机械臂末端部分和整个铲挖采样装置8；这样的设置可用于观测钻探采样时的样品缠绕、整形机构6中套筒61的转移、展开机构5的展开、铲挖采样装置8的样品转移以及密封盖体机构9的合盖过程；同时也可监视非正常状态下的机构运行过程。

实施例2：

在实施例1的基础上，该钻表异构式采样系统的采样方法包括以下步骤：

S1：地外天体采样航天器着陆或附着于地外天体表面；

S2：由环境感知及视觉监测模块中的钻探采样环境感知组件12对钻探采样区进行感知，判断钻探采样点状态；用铲挖采样环境感知组件14对铲挖采样区进行感知，对采样区域进行双目立体成像建模，并选择合适的采样点；

S3：将系统工作模式设置为钻探采样模式，实施钻探采样，钻探采样期间持续判断采样状态并对钻探采样实施操作控制，期间根据预设条件决策采样停止或继续，需要停止时执行后续S4步，若需继续采样则重复执行S3；

S4：决策并操控钻探采样停止后，判断钻探采样是否采集到样品，若采集到样品则继续执行S5进行钻探样品封装、整形和转移，否则直接执行S6(即控制钻探采样模块的展开机构5展开)；

S5：将装有样品的取样软袋23封口，整形机构6将取样软袋23缠绕在整形机构6的套筒61上，并使套筒61沿导向筒62掉落入样品封装模块之中；

S6：控制钻探采样模块的展开机构5展开，判断展开机构5展开是否正常，不正常则利用铲挖采样模块辅助展开机构5展开，若正常展开则判断整形机构6的套筒61是否落入样品封装模块之中，正常落入则继续执行S7开始进行铲挖采样，若未正常落入，则使用铲挖采样模块辅助套筒61落入样品封装模块之中；

S7：将系统工作模式设置为铲挖采样模式，实施铲挖采样，铲挖采样期间持续判断采样状态并对铲挖采样实施操作控制；

S8：判断铲挖采样是否铲挖到样品，若铲挖到样品则继续执行S9实施铲挖样品转移，若未铲挖到样品则返回S7继续进行铲挖采样操控；

S9：将铲挖得到的样品转移入样品封装模块中，判断铲挖样品采集量是否满足任务要求，若满足任务要求执行S10进行样品密封封装，若不满足任务要求则返回S7继续进行铲挖采样操控；

S10：控制样品封装模块的密封盖体机构9执行合盖动作，使样品密封保存于密封容器10之中，与外界环境隔离；

S11：携带样品返回地球或对样品进行存储分析。

本实施例中，如图16所示，当钻探采样模块中的展开机构5由于卡滞等原因无法展开时，可使用铲挖采样机械臂7推提展开机构5，辅助展开机构5通过卡滞点，从而完成展开动作，以此方法实现铲挖采样机械臂7协同辅助钻探采样模块中的展开机构5进行展开任务；其中，辅助展开过程中可采用样品转移及密封观测组件13进行辅助监视；

本实施例中，如图17所示，钻探采样进行样品转移时，需要整形机构6将缠有取样软袋23的套筒61沿导向筒62推入样品封装模块之中；当地外天体采样航天器在附着于地外天体前发生了较为严重的震动和撞击，使钻探采样模块的整形机构6中套筒61和导向筒62与样品封装模块的密封容器10相对位置关系发生了较大偏移和变化，这将导致套筒61无法转移进入样品封装模块的密封容器10中，从而套筒61卡滞在样品封装模块的密封容器10口部；

遇到这样的状况，如图18所示，首先将展开机构5展开(若展开机构5无法展开，可采用铲挖采样模块辅助展开机构5展开)，之后利用铲挖采样模块将整形机构6的套筒61推入样品封装模块之中。

本实施例中，上述采用铲挖采样模块将整形机构6的套筒61推入样品封装模块的实施存在较大的风险和不确定性，可采用样品转移及密封观测组件13对套筒61合导向筒62与样品封装模块的密封容器10的相对位置进行观测，判断是否会出现套筒61卡滞在密封容器10口部的状况，若出现该状况，可选择放弃钻探采样所获得样品，不进行钻探采样的样品转移工作，直接展开展开机构5，确保铲挖采样的顺利实施。

本发明所示的钻表异构式采样系统的采样方法的实施，可确保地外天体采样的可靠性，并能够采集到需要的地外天体样品。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种地外天体的钻表异构式采样系统，其特征在于，包括：安装在地外天体采样航天器上的钻探采样模块、铲挖采样模块、样品封装模块和环境感知及视觉监测模块，其中，铲挖采样模块与钻探采样模块对侧安装，样品封装模块在铲挖采样模块和钻探采样模块之间，环境感知及视觉监测模块的位置由铲挖采样模块、钻探采样模块和样品封装模块的位置确定；

所述钻探采样模块用于获取地外天体表层下方设定深度内的次表层土壤，以钻探方式实施深度采样；铲挖采样模块用于获取地外天体表层土壤样品，实现地外天体的表面层多点采集；二者采集到的样品均转移至样品封装模块中；环境感知及视觉监测模块，一方面用于获取钻探采样和铲挖采样的采样区地形结构，另一方面用于对钻探采样、铲挖采样、样品封装以及样品转移过程进行视觉监测；

所述钻探采样模块和铲挖采样模块能够并行或交错开展钻探采样和表层铲挖采样；

所述钻探采样模块包括：支撑结构(1)、采样钻具(2)、钻进机构(3)、进给机构(4)、展开机构(5)和整形机构(6)；支撑结构(1)固定在地外天体采样航天器上，钻进机构(3)通过其上的滚轮(31)与支撑结构(1)上的滑轨(11)配合安装，实现钻进机构(3)沿支撑结构(1)上下滑动；采样钻具(2)安装在钻进机构(3)的下端，钻进机构(3)可驱动采样钻具(2)旋转；进给机构(4)与钻进机构(3)之间通过钢丝绳连接，进给机构(4)通过收紧或放松钢丝绳带动钻进机构(3)向下或向上滑动；展开机构(5)运动展开端安装在支撑结构(1)上端部，固定端与整形机构(6)固定安装，展开机构(5)可带动整形机构(6)进行展开运动；所述钻探采样模块将地外天体表层土壤切削研磨分解并使采样钻具(2)钻进至表层下方；

所述整形机构(6)包括：支架、导向筒(62)、套筒(61)和驱动套筒(61)沿导向筒(62)运动的驱动部件，导向筒(62)一端设有轴肩并通过支架固定在展开机构(5)上，套筒(61)同轴套装在导向筒(62)另一端；

当装满样品的取样软袋(23)完全缠绕在整形机构(6)的套筒(61)之上后，所述整形机构(6)使缠有取样软袋(23)的套筒(61)沿导向筒(62)落入样品封装模块中，完成样品转移；完成转移后，所述展开机构(5)带动整形机构(6)展开，从而将所述整形机构(6)从样品封装模块上方移开；

所述样品封装模块的密封容器(10)中容纳缠有取样软袋(23)的套筒(61)和铲挖采样装置(8)铲挖采样所获得的样品；

当钻探采样模块中的展开机构(5)无法展开时，使用铲挖采样模块推提展开机构，辅助展开机构通过卡滞点；当所述整形机构(6)的套筒(61)无法进入样品封装模块时，首先将展开机构(5)展开，之后利用铲挖采样模块将整形机构(6)的套筒(61)推入样品封装模块中；

所述环境感知及视觉监测模块由铲挖采样环境感知组件(14)、钻探采样环境感知组件(12)和样品转移及密封观测组件(13)构成；

所述铲挖采样环境感知组件(14)由立体双目成像传感器构成，感应视场覆盖铲挖采样模块的铲挖采样区，并对该区进行双目立体成像，获得采样区地形结构的立体信息；同时铲挖采样环境感知组件(14)对铲挖采样过程进行视觉观测；

所述钻探采样环境感知组件(12)由单个成像传感器构成，感应视场覆盖钻探采样的采样区，对钻探采样的采样区地形结构进行感知；同时钻探采样环境感知组件(12)对钻探采样模块初始钻入表层土壤的过程进行视觉观测；

所述样品转移及密封观测组件(13)由单个成像传感器构成，感应视场覆盖样品封装模块及钻探采样模块中的展开机构(5)和整形机构(6)所在位置；当展开机构(5)展开后，其感应视场覆盖样品转移阶段时的铲挖采样模块。

2.如权利要求1所述的地外天体的钻表异构式采样系统，其特征在于，所述进给机构(4)设置在支撑结构(1)上端，钢丝绳两端固定在钻进机构(3)下端相对两侧，中部分别绕过支撑结构(1)下端对侧安装的两个定滑轮和支撑结构(1)上端对侧安装的两个定滑轮后缠绕在进给机构(4)上。

3.如权利要求1所述的地外天体的钻表异构式采样系统，其特征在于，所述采样钻具(2)包括：钻头(21)、钻杆(22)、取样软袋(23)和封口器(24)，钻头(21)设置在钻杆(22)的下端部，且二者内部设有同轴的通孔，取样软袋(23)一端包覆在钻杆(22)内壁上，随着钻头(21)钻入目标采样土壤中，样品被取样软袋(23)所包覆，取样软袋(23)另一端依次穿过采样钻具(2)、钻进机构(3)和展开机构(5)后，有序缠绕在整形机构(6)的外表面上；当获取到足够多的样品时，设置在取样软袋(23)上的封口器(24)将取样软袋(23)封口，把样品封装在取样软袋(23)中。

4.如权利要求1所述的地外天体的钻表异构式采样系统，其特征在于，所述铲挖采样模块包括：铲挖采样机械臂(7)和铲挖采样装置(8)；铲挖采样机械臂(7)一端固定在地外天体采样航天器上，铲挖采样装置(8)安装在铲挖采样机械臂(7)的另一端，铲挖采样装置(8)上设有挖铲勺(81)和伸缩铲机构(82)，挖铲勺(81)可进行铲挖和收起运动，伸缩铲机构(82)可进行伸出和回收运动，二者配合完成样品采集和封闭。

5.如权利要求1所述的地外天体的钻表异构式采样系统，其特征在于，所述样品封装模块由密封盖体机构(9)和密封容器(10)组成；所述密封容器(10)中可容纳采样所获得的样品，样品放入密封容器(10)后密封盖体机构(9)执行合盖，使样品密封保存于密封容器(10)之中；其中，密封盖体机构(9)包括：盖体和驱动盖体合盖密封的驱动件。

6.一种地外天体的钻表异构式采样方法，其特征在于，它使用如权利要求1所述的采样系统，包括以下步骤：

S1：地外天体采样航天器着陆或附着于地外天体表面；

S2：由环境感知及视觉监测模块中的钻探采样环境感知组件(12)对钻探采样区进行感知，判断钻探采样点状态；用铲挖采样环境感知组件(14)对铲挖采样区进行感知，对采样区域进行双目立体成像建模，并选择采样点；

S3：将系统工作模式设置为钻探采样模式，实施钻探采样，钻探采样期间持续判断采样状态并对钻探采样实施操作控制，期间根据预设条件决策采样停止或继续，需要停止时执行后续S4，若需继续采样则重复执行S3；

S4：决策并操控钻探采样停止后，判断钻探采样是否采集到样品，若采集到样品则继续执行S5，否则直接执行S6；

S5：对钻探样品进行封装、整形和转移；

S6：控制钻探采样模块的展开机构(5)展开，判断展开机构(5)展开是否正常，不正常则利用铲挖采样模块辅助展开机构(5)展开，若正常则判断样品是否落入样品封装模块之中，正常落入则继续执行S7，若未正常落入，则使用铲挖采样模块辅助样品落入样品封装模块之中；

S7：将系统工作模式设置为铲挖采样模式，实施铲挖采样，铲挖采样期间持续判断采样状态并对铲挖采样实施操作控制；

S8：判断铲挖采样是否铲挖到样品，若铲挖到样品则继续执行S9，若未铲挖到样品则返回S7；

S9：将铲挖得到的样品转移入样品封装模块中，判断铲挖样品采集量是否满足任务要求，若满足任务要求执行S10，若不满足任务要求则返回S7；

S10：控制样品封装模块进行样品密封封装；

S11：携带样品返回地球或对样品进行存储分析。