基于Intelligence模块的珊瑚采摘和种植一体化设备的创新设计

基于Intelligence模块的珊瑚采摘和种植一体化设备的创新设计

姜俊行,张馨慧,郝绘坤

（山东协和学院  山东济南  250107）

摘要：随着经济社会的不断发展，人民的生活水平不断提高，过去人们的主要任务是解决温饱问题，改革开放后，我国GDP总量屡创新高，人均收入不断增加，人民的生活水平也得到很大的改善，但对于环境、生态、大气的破坏也是有目共睹的，随着海洋表面温度的升高，珊瑚面临着重大的生存危机，珊瑚明显出现令人担忧地减少趋势。

珊瑚对于世界、人类的生存具有重要意义，虽然珊瑚礁进覆盖海底的0.2%，但其支撑海岸保护和数亿人民的粮食以及经济安全，每年提供价值2.7亿美元的商品和服务。目前，珊瑚礁正受到人类间接地破坏，像气候变化、海洋酸化和陆地污染的威胁，也受到农业、海洋污染和过度捕捞的影响。因此，对于维护珊瑚礁生态系统的完整性和复原力，对于全世界的沿海社区的福祉至关重要，也是实现联合国可持续发展目标解决方案的重要组成部分。

当前，在我国与国际上对于珊瑚的复原全部是人力来完成，因此，基于Intelligence模块的珊瑚采摘、种植一体机设备的设计完美的填充了这一空缺，本文结合国内外的研究的进程，并通过查找各类文献，及相关资料，最终提出了一种基于Intelligence 模块的珊瑚采摘、种植一体机设备，从而减少人力的投入，使得珊瑚的复原实现机械化、自动化、智能化。通过对于此设备的设计、计算以及一些零部件的详细分析，以此来实现珊瑚复原机械化，从而减少人力物力的投入，降低成本，使得效率大大提高。最终实现珊瑚对人类的意义，对于环境、生态的保护奠定坚实的基础。

关键词：Intelligence 车主体系统；采摘收集装置系统；种植固定装置系统；检测装置系统；总控制系统；特殊固定钉

引言

随着社会的不断高速发展，使得环境、生态的破坏是有目共睹的，而这些破坏使得海洋的污染程度大大加大，更使得对人类的生存有重大意义的珊瑚减少起到了一定影响，而对于珊瑚礁生态系统的复原一直没有一定的机械的采用，水下的种植是十分困难的，而现在又完全依靠人力来完成这一系列的动作，本团队依照此背景设计出一种基于Intelligence模块的珊瑚采摘、种植一体机设备。

1盆栽花卉移栽机设计概述

针对珊瑚出现的生态问题本文设计了一款基于Intelligence模块的珊瑚采摘、种植一体机设备。该设备主要由车主体系统、采摘收集装置系统、种植固定装置系统、检测装置系统、总控制系统、特殊固定钉等六种装置组成；它具有设计合理、使用方便的优点；它可以有效的代替人力提高移栽效率，可保证珊瑚在移栽过程中不被破坏，大大节省人力降低生产成本。

2基于Intelligence珊瑚采摘、种植一体化设备整体设计

据了解人工培育主要有以下几个步骤：

(1)补充珊瑚幼虫；

(2)抓培育珊瑚成体；

(3)给最终将珊瑚移植到需要的地方；

结合人工移栽的步骤在结构简单设计合理的前提下设计出的车主体系统、采摘收集装置系统、种植固定装置系统、检测装置系统、总控制系统、特殊固定钉六个主要机构。设备的总装图如图1所示。

图1 设备总装图

3基于Intelligence珊瑚采摘、种植一体化设备主要机构设计及工作原理

3.1车主体系统设计

车主架结构主要由防水、防压的合金材质的钢材结构，重要零件也采用了防水防压的材质的保护盒。作用是承担车身总体重量以及固定车身，紧密联系各部分功能，是设备的母体。

具体造型如图2、图3。

图2 车主体结构                 图3 传动系统

3.2采摘收集装置系统设计

采摘收集装置的系统设计，当此装置由两栖来到水中到达珊瑚苗培育地点时，接收到控制器的信号，采摘机构的气缸将螺旋采摘器从车中展出，通过螺旋采摘器旋转，达到采摘高度的珊瑚苗由螺旋采摘器上的收割刀，将珊瑚苗从育苗圃上收割下来，顺着收割刀的收割槽，进入螺旋采摘器的桶中，到达到一定数目时，气缸将螺旋采摘器收回车中，该设备采摘任务完成回到陆地，也由原来的水中运动的机构作业转换成陆地运动作业，将采摘上来的珊瑚苗带到指定位置，珊瑚苗也从收集桶中流出，再由人力将珊瑚苗绑到特殊固定钉上（因珊瑚种植需要将珊瑚苗绑在钉子上，将钉子敲在海中的礁石上，防止海中的乱流将珊瑚苗卷跑）。如图4所示。

图4 采摘收集装置

3.3种植固定装置系统设计

种植固定装置系统工作原理，当珊瑚苗被绑带特殊固定钉子上之后将钉子整齐的排列在珊瑚苗固定板上。此装置到达珊瑚种植地点时，机械臂上的磁吸装置将特殊固定钉子吸附起来，机械臂上的检测装置，检测到珊瑚种植的礁石的指定位置，然后再凭借机械臂前面的气缸的力量将特殊固定钉子敲击固定到礁石上，一次动作的往复从而将珊瑚苗种植完成。

如图5所示。

图5 种植固定装置

3.4检测装置系统设计

在设备前方的摄像头检测路面情况，将信号传到总终端控制器，从而控制前轮实现转向，使设备在海底可以有效避开障碍物，发现珊瑚和种植珊瑚，使在陆地上的控制者可以实时收到画面，面对问题和处理紧急情况都能及时的做出反应和处理，提高设备的现代化和便捷性。如图6所示。

图6 检测装置结构

3.5 总控制系统设计

总控制系统是此设备的总控制，是设备的“大脑”，负责处理各个设备回馈的信息，确保完成各项作业任务。此车是两栖使用的，在陆地时，后轮驱动，前方的摄像头检测路面情况，将信号传到总终端控制器，从而控制前轮实现转向，在海中时，由上升的四个电机桨控制其上下游动，而前后运动由两边的电机桨与车轮间的主旋转桨控制其前后运动。如图7所示。

图7 总控制结构

3.6 特殊固定钉设计

特殊固定钉是由自拉环与特殊材质的钉子组成。负责与采摘和种植设备进行合作，固定种植或采集的珊瑚，防止因为车身的抖动和洋流及风向的影响，导致珊瑚落入水中或被洋流卷走。如图8所示。

图8 特殊固定钉

4结语

本文设计的基于Intelligence模块的珊瑚采摘、种植一体机设备特色鲜明，特点明确，实用性强，能够进一步的降低成本，减少人员在水下作业的伤亡，提高工作效率，加快珊瑚礁生态系统的复原速度，以下是其八大创新点：

1.此设备采用了水栖两用，实现无人化、智能化、自动化，大大提高作业的效率，减少人力物力的；

2.此设备通过摄像头检测路面与水下的情况，在陆地时利用PLC控制前轮的转向，在水下时利用PLC控制上、下、前、后电机桨实现在水中的方向转变；

3.螺旋采摘器，将符合标准的珊瑚苗从育苗圃上收割下来，收集到采摘桶中；

4.采摘螺旋器是由气缸带动，使其能够在使用时展出，使用结束后收缩到车内，进一步减少在水中的阻力；

5.种植装置系统，采用灵活的机械臂，前端采用磁吸装置将特殊固定钉吸附起来，特殊固定钉凭借气缸的力量将其敲击固定到礁石上；

6.机械臂上也采用了检测摄像头，检测相应的位置使其钉子能够找到相应的位置，实现钉子的固定；

7.车辆的稳定传动是依靠电机带动齿轮，从而使得传动精度高，工作稳定可靠，使用寿命长；

8.特殊固定钉采用了特殊的设计，是将自拉环与特殊材质的钉子固定在一起，使得珊瑚在水中更加牢固，更加稳定的固定在礁石上。

参考文献

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