CN111248172B - 一种捕捉珊瑚礁上海星的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种捕捉珊瑚礁上海星的装置，包括船体以及设置在船体上的抓取系统和注射系统；所述注射系统包括安装在船体上的注射机械臂，以及依附注射机械臂对珊瑚礁上的海星注射药剂的注射器；所述抓取系统包括安装在船体上的起重吊臂，以及通过起重吊臂吊装进入海面以下的抓取机械臂，所述抓取机械臂的运动端部设有对注射药剂后的海星进行抓取捕捉的机械抓手。本发明是一种捕捉效率高、对珊瑚礁环境友好的海星除害设备，对通过治理珊瑚礁上的海星达到修复珊瑚礁生态环境具有显著的技术效果。
Description
技术领域
本发明属于海洋生态环境治理技术，具体涉及一种捕捉珊瑚礁上海星的装置。
背景技术
珊瑚礁是具有极高生物生产力和生物多样性的海洋生态系统之一，在所有海洋生态系统中生物多样性和生产力最高，有约90万种生物，虽然面积仅占世界海洋生态系统的0.2％，但其价值和提供的服务占海洋生态系统的2.85％，显示了珊瑚礁对于全球的贡献。目前有几亿人生活在珊瑚礁的附近，珊瑚礁为当地居民提供了食物来源，也为潜水者提供了休闲娱乐的场所。
由于台风天气、珊瑚礁鱼类减少、全球升温、人类活动等因素影响，海星在全球主要珊瑚礁分布海域都出现过大规模的暴发，对珊瑚礁生态系统造成毁灭性的影响。特别是近年来，海星在我国南海三沙海域多次暴发，严重威胁岛礁健康与生态平衡。据报道，一只海星每年可以吃掉6平方米的健康珊瑚礁。
而目前防治海星暴发的方法主要有人工移除清理、水下机器人注射和利用诱饵捕获等方法，人工移除清理是指通过潜水员潜入海底对附着在珊瑚礁上的海星进行移除，这种方式只能够有效地控制短暂的、小规模的海星暴发，但对于大规模大面积的暴发就显得心有余而力不足，并且人工清理海星对潜水员在海底的安全隐患较大；水下机器人注射是指利用能够杀死海星的药剂注入到海星体内，通过快速杀死海星达到清除珊瑚礁上海星的目的，但致死的海星腐烂在珊瑚礁生态系统中，可能引起二次污染，对珊瑚礁生态系统仍存在新的威胁；利用诱饵捕获海星是利用海星喜欢的饵食吸引海星离开珊瑚礁区域，这种方式虽安全，但可能吸引其他海洋生物，并且在饵食消失后，海星仍会重新回到珊瑚礁上，清除并不彻底。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有珊瑚礁上海星移除方式存在的上述缺陷，提供一种捕捉珊瑚礁上海星的装置。
本发明包括如下技术方案：
一种捕捉珊瑚礁上海星的装置，包括船体1以及设置在船体1上的抓取系统2和注射系统3；
所述注射系统3包括安装在船体1上的注射机械臂32，以及依附注射机械臂32对珊瑚礁上的海星注射药剂的注射器31；
所述抓取系统2包括安装在船体1上的起重吊臂22，以及通过起重吊臂22吊装进入海面以下的抓取机械臂27，所述抓取机械臂27的运动端部设有对注射药剂后的海星进行抓取捕捉的机械抓手28。
进一步的，所述抓取系统2还包括通过起重吊臂22吊装进入海面以下的暂存筒26，用于暂存机械抓手28从珊瑚礁上抓取的海星，所述暂存筒26与抓取机械臂27一同安装于捕捉支架24上，并通过捕捉支架24与起重吊臂22吊装连接，暂存筒和抓取机械臂一同移动，保证抓取后的海星能够快速地通过抓取机械臂移送到暂存筒内。
进一步的，所述暂存筒26为镂空筒体，其上设有放入海星的漏斗口261，漏斗结构的开口可以防止暂存筒内的海星轻易地从筒内爬出。
进一步的，所述机械抓手28为三爪机械手，包括三组对心设置在抓手支架281上的机械指，每组机械指包括至少两组指节，所述机械指的端部设置嵌入海星腕足之间的指尖285，三爪结构的机械抓手对带有腕足的海星抓取更加准确和可靠。
进一步的，所述抓手支架281在三组机械指的中心位置设置抓取摄像头286，所述抓取摄像头286反馈信号连接至船体1的显示模块上，操作人员在船体上通过观察实时反馈的海底影像来控制抓取系统对注射后的海星进行捕捉。
进一步的，所述注射器31包括注射柄314、活塞315和试剂筒316，所述注射柄314与活塞315固定连接，将活塞315滑动装配在试剂筒316的内腔内，所述试剂筒316安装在船体1上，其内腔与试剂流管34连通，所述试剂流管34沿注射机械臂32布设并与固定在注射机械臂32的运动端部上的针头33对接，所述注射机械臂32将针头扎入海星体内，通过注射柄314带动活塞315在试剂筒316的内腔滑动，推动试剂筒316内部的药剂通过试剂流管34从针头33注射进入海星体内，通过在船体上操作注射器，提高了在海底注射的成功率。
进一步的，所述试剂筒316固定安装，所述注射柄314的尾端连接注射柄帽313，所述注射柄帽313和试剂筒316之间的注射柄上套装弹簧312，所述注射柄帽313与注射电机传动连接，所述注射器上还设有检测弹簧312压缩距离的传感器311，所述传感器311与注射电机反馈连接，通过弹簧的压缩量检测活塞在试剂筒内的移动距离进而反馈到注射电机精确控制注射到海星体内的药剂剂量。
进一步的，所述注射机械臂32的运动端部还设有注射摄像头，所述注射摄像头反馈信号连接至船体1的显示模块上，操作人员在船体上通过观察实时反馈的海底影像来控制注射系统对海星进行注射。
优选的，所述抓取机械臂27和注射机械臂32为至少两个关节构成的空间机械臂，通过空间自由度提高对船体下方海域内的珊瑚礁上海星的抓取效率。
在本发明的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置中，所述船体1上还设有对抓取系统2和注射系统3进行控制的控制舱11，以及对捕捉的海星进行储存的网兜12。
本发明通过船体为注射系统和抓取系统提供能源，抓取机械臂和注射机械臂上均设置摄像头与船体上的服务器通过网络实时传输图像信号，注射机械臂上的注射摄像头拍摄珊瑚礁生态系统，操作人员在船体上识别到海星的位置后控制注射系统的注射机械臂和注射器对海星体内注入药剂，通过药剂消除海星对珊瑚礁的吸附作用力，然后通过控制抓取系统的抓取机械臂将注射完药剂的海星轻松地从珊瑚礁上进行抓取捕捉，然后将捕捉的海星放入到暂存筒内，通过连续的捕捉作业后，批量将暂存筒内的海星再转移到船体的网兜内。
本发明采用上述技术方案所带来的有益效果如下：
(1)本发明先通过注射系统注射敌害海星的试剂，破坏其与珊瑚礁真空吸附作用，再通过抓取系统捕捉，已达到防治海星暴发的同时，又能避免海星对海洋生态系统的二次污染和捕捉过程中因为海星对珊瑚礁的吸附作用所对珊瑚礁造成的破坏。
(2)本发明中的注射机械臂和抓取机械臂均采用空间机械臂，对海星进行注射和捕捉时有效地结合海星的生物特征，以精准地注射和捕捉海星。较传统的试剂注射方法和捕捉方法，能够在海下作业过程中通过更多变的动作姿态避开珊瑚礁，以减少对珊瑚礁的机械破坏。
(3)本发明的机械臂具有多个关节，每个关节具有多个自由度，运转灵活，还可进行远程操控，既适应了大面积的珊瑚礁凸凹不平的地形，又增大了对珊瑚礁的覆盖面积。
(4)本发明将对海星的注射和捕捉集成设置在同一船体上，可同时工作，机械臂上的摄像头作用，可通过对水下珊瑚礁地形进行图形采集和显示，确定注射和捕捞目标位置，以提高捕捞效率，操作人员不用潜入海底直接接触海星，安全得到保障。
综上所述，本发明的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置是一种捕捉效率高、对珊瑚礁环境友好的海星除害设备，对通过治理珊瑚礁上的海星达到修复珊瑚礁生态环境具有显著的技术效果。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为实施例的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置的整体结构示意图。
图2为实施例中的注射器结构示意图。
图3为实施例中的暂存筒结构示意图。
图4为实施例中的机械抓手结构示意图。
图中标号：1-船体，11-控制舱，12-网兜；
2-抓取系统，21-底座，22-起重吊臂，23-卷扬吊绳，24-捕捉支架，25-支撑链，26-暂存筒，261-漏斗口，27-抓取机械臂，28-机械抓手，281-抓手支架，282-第一抓手关节，283-第一指节，284-第二抓手关节，285-指尖，286-抓取摄像头；
3-注射系统，31-注射器，311-传感器，312-弹簧，313-注射柄帽，314-注射柄，315-活塞，316-试剂筒，317-锁环，32-注射机械臂，33-针头，331-锁紧套，34-试剂流管。
具体实施方式
实施例
参见图1，图示中的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置为本发明的一种实施方案，包括船体1、抓取系统2和注射系统3三大部分，船体1搭载抓取系统2和注射系统3航行在海面上至珊瑚礁所在海域，操作人员通过在船体1上操控抓取系统2和注射系统3对海底珊瑚礁上的海星进行注射后抓取捕捉。抓取系统2具体包括底座21、起重吊臂22、卷扬吊绳23，捕捉支架24、支撑链25、暂存筒26、抓取机械臂27、机械抓手28；注射系统3具体包括注射器31、注射机械臂32、针头33和试剂流管34。
首先通过注射系统3对海底珊瑚礁上的海星进行注射药剂，注射系统3的注射机械臂32安装在船体1上，注射器31、针头33和试剂流管34构成对海星进行注射的注射工作部分，其中，注射器31设置在船体1上，试剂流管34与注射器31连接并且沿注射机械臂32布置一直延伸至注射机械臂32的运动端部，针头33夹持固定在注射机械臂32的运动端部上，并与试剂流管34对接连通，通过注射机械臂32带动针头33移动扎入海星体内，然后通过操控船体上的注射器31将药剂通过试剂流管34输入海星体内。本实施例所使用的药剂目的是使海星腕足上的吸盘失去活力，从而消除海星与珊瑚礁骨架之间的吸附力，避免后续抓取海星的过程中因为海星对珊瑚礁的吸附力导致珊瑚礁被拉扯破坏。本实施例旨在说明药剂的注射结构，药剂可参考专利号为CN201910384703.1的中国专利公开的一种珊瑚敌害长棘海星注射杀灭药剂，本实施例在此不做赘述。
结合参见图1和图2，本实施例中的注射器31具体包括传感器311、弹簧312、注射柄帽313、注射柄314、活塞315和试剂筒316和锁环317，其中，注射柄314与活塞315固定连接，活塞315一端滑动装配在试剂筒316的内腔内，试剂筒316固定安装在船体1上，试剂筒316的内腔填装注射的药剂，前端开孔与试剂流管34连通，试剂流管34通过锁环317与试剂筒316固定，锁环317通过螺纹与试剂筒316锁紧连接，防止试剂从试剂流管34和试剂筒316的连接处泄漏，试剂流管34为柔性管道，沿注射机械臂32布设并与固定在注射机械臂32的运动端部上的针头33对接，针头33通过紧固件与注射机械臂32的运动端部固定，并且通过锁紧套331与试剂流管34对接连通，锁紧套331与锁环317一样，将试剂流管34与针头33锁紧固定，防止试剂从连接处泄漏。注射机械臂32采用具有至少两个关节构成的空间机械臂，即机械臂不仅仅能够实现平面内的自由移动，还能够实现空间三维立体移动，通过注射机械臂32的移动将针头32扎入海星体内，在船体上再通过注射柄314带动活塞315在试剂筒316的内腔滑动，推动试剂筒316内部的药剂通过试剂流管34从针头33注射进入海星体内，在船体上操作注射器，操作更方便。
为了使船体上的操作人员准确将针头找到海下的海星位置，本实施例在注射机械臂32的运动端部还设有注射摄像头(图中未示出)，注射摄像头的镜头方向朝向针头33的位置，并且随针头33一同移动，注射摄像头带有LED光源，能够保证正常的拍摄亮度，还可以利用海星的趋光性吸引海星趋光聚集，提高注射捕捉效率。注射摄像头反馈信号连接至船体1的显示模块上，将拍摄到的图像信息实时传输到船体的显示模块上，操作人员在船体上通过观察实时反馈的海底影像来控制注射系统对海星进行准确注射。
本实施例将注射器31通过电动控制，实现精确剂量注射。试剂筒316固定安装，注射柄314的尾端连接注射柄帽313，注射柄帽313和试剂筒316之间的注射柄上套装有弹簧312，注射柄帽313与注射电机传动连接，注射电机通过丝杆螺母等传动机构将电机的旋转运动转化为直线运动后传递到注射柄帽313，通过注射柄314推动试剂筒316内的活塞移动，同时压缩弹簧312，注射器上还设有检测弹簧312压缩距离的传感器311，传感器311与注射电机反馈连接，通过弹簧的压缩量检测活塞在试剂筒内的移动距离，进而反馈到注射电机精确控制注射到海星体内的药剂剂量，避免人工手动操作注射误差导致药剂的浪费。
结合参见图1、图3和图4，本实施例中的抓取系统2通过安装在船体1上的起重吊臂22吊装潜入海中，起重吊臂22通过底座21固定在船体1上，起重吊臂22的顶部通过卷扬吊绳23吊装连接捕捉支架24，抓取机械臂27设置在捕捉支架24上，抓取机械臂27的运动端部设置机械抓手28对注射后的海星进行捕捉抓取，同时暂存筒26通过支撑链25一并固定在捕捉支架24上，随抓取机械臂27一同吊装移动，对捕捉抓取的海星进行暂时收集存储。捕捉支架24采用三角形支架，其中顶角位置与卷扬吊绳23的吊具连接，另外两个角的位置分别通过支撑链连接暂存筒和安装抓取机械臂。
具体如图3所示，暂存筒26为镂空筒体，其上设有放入海星的漏斗口261，机械抓手28抓取的海星通过抓取机械臂27移动放置暂存筒26的漏斗口内，漏斗结构的开口可以防止暂存筒内的海星轻易地从筒内爬出。暂存筒26的底部设置可打开的闸门便于在船体上将暂存筒内的海星全部转移出来。
抓取系统2还包括通过起重吊臂22吊装进入海面以下的暂存筒26，用于暂存机械抓手28从珊瑚礁上抓取的海星，暂存筒26与抓取机械臂27一同安装于捕捉支架24上，并通过捕捉支架24与起重吊臂22吊装连接，暂存筒和抓取机械臂一同移动，保证抓取后的海星能够快速地通过抓取机械臂移送到暂存筒内。
抓取机械臂27采用具有至少两个关节构成的空间机械臂，即机械臂不仅仅能够实现平面内的自由移动，还能够实现空间三维立体移动，机械抓手28采用三爪机械手，具体如图4所示，包括三组对心设置在抓手支架281上的机械指，每组机械指包括第一指节283和指尖285两个指节，其中机械指第一指节283一端通过第一抓手关节282安装在抓手支架281上，另一端通过第二抓手关节284与指尖285安装连接，指尖285为机械指的端部，通过机械指的关节电机带动向内聚拢和向外分开，聚拢的机械指对海星实现抓取。指尖285设置成直角三棱锥结构，其尖端端部随机械指的运动可以嵌入海星腕足之间，聚拢的机械抓手将带有腕足的海星准确和可靠地进行捕捉抓取，然后通过抓取机械臂27的移动将海星从珊瑚礁上取下。
为了使船体上的操作人员准确找到海下的海星位置，本实施例在机械抓手28上设置带有LED光源的抓取摄像头286，抓取摄像头286安装在抓手支架281对应的三组机械指的中心位置，机械抓手28在移动过程中能够通过抓取摄像头286实现更加直观观察到海星的位置，抓取摄像头286反馈信号连接至船体1的显示模块上，操作人员在船体上通过观察实时反馈的海底影像来控制抓取系统对注射后的海星进行捕捉。船体1上的操作人员观察到海星后，控制抓取机械臂27移至相应的位置，使机械抓手28移至精确地位置，再控制机械抓手上的三根机械指以张开的状态伸向海星上方，使三根机械指对准海星腕与腕之间的间隔处，此时，机械指呈分离状态，再通过机械抓手的三根机械指聚拢闭合，使机械抓手的指尖牢牢地卡在海星中央体盘，对海星实现抓取，然后控制抓取机械臂27将海星从珊瑚礁上移走送至暂存筒内。
本实施例在船体1上设有对抓取系统2和注射系统3进行控制的控制舱11，抓取系统2和注射系统3的控制端以及海底摄像头反馈的显示模块均设置在控制舱11内，在船体1上还设有对捕捉的海星进行储存的网兜12，抓取系统2的起重吊臂将暂存筒从海里吊起后，将暂存筒内收集的海星全部转移到网兜12内进行集中存储。
关于注射机械臂和抓取机械臂的具体结构均可参考现有的海底作业机械手臂，通过不同方向的关节实现机械臂的多自由度动作，本实施例在此不做赘述。
关于注射摄像头以及抓取摄像头的型号选择以及信号传输方式均为现有技术，本实施例在此不做赘述。
以上实施例是对本发明的说明，并非对本发明的限定，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种捕捉珊瑚礁上海星的装置，其特征在于：包括船体(1)以及设置在船体(1)上的抓取系统(2)和注射系统(3)；
所述注射系统(3)包括安装在船体(1)上的注射机械臂(32)，以及依附注射机械臂(32)对珊瑚礁上的海星注射药剂的注射器(31)；
所述抓取系统(2)包括安装在船体(1)上的起重吊臂(22)，以及通过起重吊臂(22)吊装进入海面以下的抓取机械臂(27)，所述抓取机械臂(27)的运动端部设有对注射药剂后的海星进行抓取捕捉的机械抓手(28)；
所述抓取系统(2)还包括通过起重吊臂(22)吊装进入海面以下的暂存筒(26)，用于暂存机械抓手(28)从珊瑚礁上抓取的海星，所述暂存筒(26)与抓取机械臂(27)一同安装于捕捉支架(24)上，并通过捕捉支架(24)与起重吊臂(22)吊装连接；所述暂存筒(26)为镂空筒，其上设有放入海星的漏斗口(261)；所述暂存筒(26)的底部设置可打开的闸门。
2.根据权利要求1所述的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置，其特征在于：所述机械抓手(28)为三爪机械手，包括三组对心设置在抓手支架(281)上的机械指，每组机械指包括至少两组指节，所述机械指的端部设置嵌入海星腕足之间的指尖(285)。
3.根据权利要求2所述的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置，其特征在于：所述抓手支架(281)在三组机械指的中心位置设置抓取摄像头(286)，所述抓取摄像头(286)反馈信号连接至船体(1)的显示模块上。
4.根据权利要求1所述的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置，其特征在于：所述注射器(31)包括注射柄(314)、活塞(315)和试剂筒(316)，所述注射柄(314)与活塞(315)固定连接，将活塞(315)滑动装配在试剂筒(316)的内腔内，所述试剂筒(316)安装在船体(1)上，其内腔与试剂流管(34)连通，所述试剂流管(34)沿注射机械臂(32)布设并与固定在注射机械臂(32)的运动端部上的针头(33)对接，所述注射机械臂(32)将针头扎入海星体内，通过注射柄(314)带动活塞(315)在试剂筒(316)的内腔滑动，推动试剂筒(316)内部的药剂通过试剂流管(34)从针头(33)注射进入海星体内。
5.根据权利要求4所述的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置，其特征在于：所述试剂筒(316)固定安装，所述注射柄(314)的尾端连接注射柄帽(313)，所述注射柄帽(313)和试剂筒(316)之间的注射柄上套装弹簧(312)，所述注射柄帽(313)与注射电机传动连接，所述注射器上还设有检测弹簧(312)压缩距离的传感器(311)，所述传感器(311)与注射电机反馈连接。
6.根据权利要求5所述的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置，其特征在于：所述注射机械臂(32)的运动端部还设有注射摄像头，所述注射摄像头反馈信号连接至船体(1)的显示模块上。
7.根据权利要求1所述的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置，其特征在于：所述抓取机械臂(27)和注射机械臂(32)为至少两个关节构成的空间机械臂。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种捕捉珊瑚礁上海星的装置，其特征在于：所述船体(1)上还设有对抓取系统(2)和注射系统(3)进行控制的控制舱(11)，以及对捕捉的海星进行储存的网兜(12)。
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