我国月面采样工程将实现无人自动采集月球样品并返回地球，其采样方式分为表取采样与钻取采样两种，无论是表取采样装置还是钻取采样装置，其原理样机研制过程中都需要进行地面模拟试验验证。本文设计的应用在月面采样装置地面模拟试验验证环境中的姿态调整装置，能调节出着陆器着陆月球表面时的各种可能姿态，从而实现在各种可能着陆姿态下，对安装在着陆器模拟件上的各原理样机进行地面模拟试验。首先根据姿态调整装置的设计指标进行多方案设计，通过对比分析九种可行方案，优选出双蜗轮蜗杆正交式二维姿态调整装置的设计方案。对该姿态调整装置的运动正反解进行了推导，并通过几何作图法和MATLAB/Simulink机械运动仿真法对正反解计算结果的正确性进行了证明。在双蜗轮蜗杆正交式二维姿态调整装置的具体结构设计过程中，利用MATLAB自带的fmincon优化工具箱，以蜗轮齿圈体积最小、传动效率最高和中心距最小三个目标对该装置中两套蜗轮蜗杆进行了多目标优化设计，并且分别通过ADAMS、ANSYS Workbench对该姿态调整装置进行了动力学和静力学的仿真与结构优化。其次设计了采用上、下位机两级控制结构姿态调整装置伺服控制系统。运用下位单片机STC12C5A60S2和继电器相结合的方式控制直流电机的正反转，并利用VB6.0开发出上位机监控界面。最后制定了一套实验方案，并依此对研制出的双蜗轮蜗杆正交式二维姿态调整装置进行了实验研究。运用MTLAB对大量实验数据进行曲线拟合处理，并采用自行设计的“三维立体数据研究”策略，对40张数据分析图进行了科学全面的分析研究。最终确定该姿态调整装置的精度是0.35°，符合0.5°精度设计要求。