本文针对月壤剖面探测任务,提出一种新型的潜入式探测器柔性探尺,该探测装置以薄片柔性尺为基体,搭载传感探测装置,以贯入的方式潜入月壤剖面。分析探尺贯入月壤的力学特性,确定探尺工作的负载包络条件。将探尺贯入的负载分为尺头阻力及尺身侧面摩擦阻力。基于承载力模型分析了尺头对前端月壤的失效滑移作用,得到尺头部分的作用阻力。利用小孔扩张理论分析探尺贯入后形成剖面孔洞对尺身的挤压作用,得到尺身侧面的摩擦阻力模型。利用贯入测试试验,得到了探尺贯入及拔出的阻力数据,验证贯入阻力模型,为探尺贯入系统设计提供理论依据。贯入后的探尺,在遇到岩石等障碍时,要克服本体刚度与剖面约束发生变形。为进一步探究探尺在遇到障碍物时,贯入负载阻力变化,建立剖面对探尺的约束作用模型。根据Manisfield理论,建立探尺本体刚度模型。基于极限平衡理论,分析探尺弯折、扭转作用时对剖面的失效作用力,得到探尺在变形时的贯入负载变化特性。利用贯入试验对变形时的负载力进行了验证。该模型为探尺的本体刚度设计提供理论基础。基于探尺与月壤的作用模型,提出以冲击作动的方式实现探尺的贯入。设计了以凸轮驱动的冲击夹持作动方案。根据碰撞弹簧理论及塑性月壤阻力假设建立冲击夹持系统的动力学方程,利用Runge-Kutta法求解方程,提出将冲击力分配至贯入力及夹持力的分配因子作为评判指标,对系统的影响因素进行分析。设计夹持器结构并搭建落锤冲击试验台,对冲击夹持系统特性进行试验研究,验证了冲击夹持模型。为系统动力学参数配置提供理论支撑。根据建立的柔性尺与月壤相互作用模型,以提升刚度,减小贯入负载阻力为目标对柔性尺本体结构参数进行优化设计。建立缓冲系统的动力学方程,以降低作动系统对机架的反力为目标,配置缓冲系统动力学参数。对冲击凸轮+夹持器的驱动方案进行详细结构设计,研制原理样机。建立实验条件,进行柔性探尺样机的贯入特性测试试验,验证了柔性探尺方案的可行性。