采集分析月壤样品是了解月球地质构造和月壤组分的一种重要途径。现阶段的铲挖、锤击和竖直钻取等表浅层采样装置,由于采样原理的限制,在采集月表3米以下的月壤样品时存在极大困难。为了在现有的技术条件下,实现更深层次的月壤采集,哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制研究中心提出一种利用陨石坑特殊地势构型在陨石坑侧壁通过水平钻取采样获取深层次月壤样品的探测方案。但由于月球的低重力和月壤的低附着性,为了保证采样的顺利实施,需要提高车轮和月壤之间的附着能力来保证足够的钻进压力。基于以上问题,本文基于地面力学理论主要研究了车轮的结构参数和运动参数对其附着特性的影响。针对月球陨石坑探测采样任务和恶劣的月面环境因素,设计了月球陨石坑探测机器人整体方案,并利用层次分析法确定了微凸起修饰车轮构型;针对对现有的准静态的月壤承压和剪切本构模型无法反映月壤变形的粘弹塑性和时变特性的局限性,结合颗粒接触力学理论和土壤流变学原理,建立了月壤的动态承压和动态剪切本构模型;针对实验室的模拟月壤,通过EDEM-ADAMS联合仿真确定了月壤动态本构模型的参数;根据月壤的动态本构模型,建立了光滑车轮的滑转前进动态力学模型,并通过车轮特性测试实验证明了理论模型的正确性。根据仿生学原理,确定了车轮表面微凸起的构型,建立了车轮表面修饰结构的结构参数模型;根据结构参数模型,采用离散元法仿真分析了微凸起的末端构型、直径、高度和间距对附着特性的影响;分析了径向应力和剪切速度对附着特性的影响,建立了表征微凸起微元的附着系数与微凸起直径、微凸起间距、微凸起高度、径向应力和剪切速度之间关系的数学模型,并根据光滑车轮的滑转前进动态力学模型,对模型进行修正,建立了适用于微凸起修饰车轮的附着特性模型。建立微凸起修饰车轮整体与月壤相互作用的离散元仿真模型,仿真分析了车轮的前进速度和滑转率对附着特性的影响,并与理论模型比较,证明了微凸起修饰车轮附着特性模型的正确性;然后仿真分析了月壤的接触属性参数(包括恢复系数、滚动摩擦系数和静摩擦系数)对附着特性的影响,证明了微凸起修饰车轮在不同接触属性的月壤上行驶时,均具有良好的附着特性,为未来月球陨石坑探测机器人的车轮构型和运动参数的确定提供理论性建议。