随着航天事业的不断发展，各国对星体探测越来越频繁，探测任务从在轨观测转变为直接探测。其中，钻探和取样是星球直接探测的两个关键任务。探测中开展该两项任务的常规技术是旋转钻，其技术成熟，但在低重力环境中，需要较大的设备提供钻压，且切削热不易耗散，效率低，应用受到限制。因此，寻找新型钻探和取样技术对于星球探测具有重要意义。　　仿生技术在航天领域有着广泛的应用，为科学难题提供了新思路和新方法。树蜂产卵管是一种天然钻探，可以高效地在树干进行钻洞，切削运动表现为直线形式，而非旋转形式，其中蕴藏的生物机理对于新型钻探和取样技术的发展，具有极高的科研价值。本文基于仿生学原理，从树蜂产卵管的微观结构和宏观动态变化来进行研究，设计了一款结构紧凑、功耗低、体积小、集钻探和取样功能为一体的可伸展仿生采样器，并从钻探过程和肌肉驱动解释机理，对柔性臂和钻头结构进行仿真和分析，本论文的研究内容如下:　　(1)从树蜂钻洞的宏观特性角度，分析了树蜂在钻探前、钻探时和钻探毕三个过程。通过分析刺探三种不同树干环境，发现钻探前的刺探是为了选择最佳钻探位置。根据树蜂产卵管的微观生物结构和在钻探过程中的形态，发现树蜂产卵管由三个瓣膜组成，故提出三瓣式仿生采样器，并分别对伸缩仓、可伸展柔性臂和钻头部分进行设计。钻头部分的腹钻瓣和内钻瓣用于钻进，背钻瓣用于采样，根据运动学仿真，验证了运动方式的可行性。　　(2)对树蜂在钻洞过程中，与产卵管三个瓣膜相连的腹节观察，分析其驱动机理，发现腹产卵瓣和内产卵瓣由第一瓣膜肌肉驱动，背产卵瓣由第二瓣膜肌肉驱动，两个肌肉组织的收缩方式不同，前者为等张收缩，后者为等长收缩。根据生物体壁肌构成，结合Hill肌肉三元素模型，提出了体壁肌的收缩元多元串并联模型。对其在激活度和肌肉长度时变模型的分析，验证了激活元元空间位置和肌肉长度对肌肉-肌腱收缩力有影响。　　(3)基于薄壳理论对单层柔性臂进行面素受力分析，其理论值与有限元分析的结果一致。结合接触力学，对仿生采样器可伸展柔性臂面素受力进行理论推导，并对参数模型进行有限元分析，研究了各参数与一阶临界弯矩之间的关系，并给出估算公式。　　(4)对钻头部分建立了三瓣对称式和三瓣非对称式结构，采用SPH方法分析了钻头与月壤间相互作用。将二者在钻进过程中的受力进行对比，发现与树蜂产卵管生物结构一致的三瓣非对称式结构在钻进过程中受力小于三瓣对称式结构，且应力分布优于后者。对不同驱动频率的仿真结果，结果表明较高的驱动频率可使钻头在钻进过程中受力稳定。　　(5)根据仿生设计，研制了原理样机，并搭建实验平台和测控系统，分别对钻头钻探时，柔性臂的弯矩和钻头受力进行测量。针对不同的实验对象进行钻探和取样，验证了方案的可行性。