小行星探测对于研究太阳系生命起源和太空资源开发有着重要的意义,逐渐成为当前的研究热点。小行星表面取样是小行星探测最直接、有效的方法之一。为了克服小行星表面微重力环境,目前主要采用“一触即走”的软着陆取样方法。为解决小行星表面微重力环境和样品机械物理属性未知两个关键问题,本文基于仿生学原理提出了一种适用于小行星表面微重力环境的移动和取样方案,设计了一种小行星微重力环境采样机器人,其通过仿生轮腿式移动机器人携带取样器进行取样作业。通过对猫科类动物爪刺生理结构和运动机理的研究,提出一种具备微重力环境中锚固和爬行功能的仿生轮腿式移动机器人设计方法,同时解决了微重力环境下移动和锚固问题,能够为采样提供支撑力。设计了移动机器人的柔性躯体机构以及腿足机构,对机器人的锚固和移动性能进行了力学建模与结构优化分析,最后基于ADMAS软件进行了机器人运动学和动力学仿真研究,初步验证了设计方案的可行性。以穿山甲为仿生设计原型,对其打洞机理进行研究和分析,在此基础上提出一种基于刷扫和研磨的复合式取样器设计方法,解决了小行星表面样品机械物理属性未知下的自适应采样难题。首先通过理论建模的方法,评估了取样方案的可行性,然后基于离散元仿真软件EDEM研究不同参数对取样性能的影响,同时介绍了一种用于控制取样器向下推进取样的刚柔耦合结构伸展机械臂机构。在仿生轮腿式移动本体和取样器设计的基础上,设计了机器人的感知和控制方案,实现了软硬件系统设计。最后,制备了机器人样机,并搭建了实验测试平台,对机器人的移动和锚固性能进行了实验测试;选择不同样品模拟物进行了取样实验研究,分析了不同参数下取样质量、刷轮驱动力矩、取样器与样品间作用力的变化规律。实验结果表明,该机器人可以完成平地、沙地和崎岖石路爬行,并可以实现倒挂天花板爬行运动,同时机器人携带的取样器可以采集不同的样品模拟物,验证了基于仿生的轮腿锚固移动方案、刷扫和研磨取样方案的可行性,可为我国的小行星探测取样提供相关技术依据。