藕根子采收机器人

在我的家乡湖南省南县，每到立夏之后，莲农们就开始采收藕根子。藕根子是莲的幼嫩根状茎，由根状茎顶端的一个节间和顶芽组成。藕根子与莲藕为同源器官，条件适宜时，藕根子膨大后就成了藕。

藕根子既可做主料，又可做配料，炒、拌、煎、蒸、炸、熘皆可，葷素皆宜。藕根子只在初夏短暂地出现，虽然上市时价格高昂，但总是供不应求。

采收藕根子时，人们一般要下到齐腰深的荷塘中，手拿刀具在莲叶与荷花间穿梭，弯腰摸到水下的藕根子后，缓缓将其抽出，在水里涤荡几下，细长的藕根子就露出嫩白的真面目。经过调查，我了解到，人工采收藕根子有以下不足：成本高、效率低；对环境要求苛刻；工人的手脚易被利器割伤，还常常被虫、蛇咬伤；工人在水里浸泡时间过长，易虚脱晕倒。

我是一名藕根子爱好者，“吃藕不忘挖藕人”，我思考：能不能制作一个机器人，快、准、灵、稳地采收藕根子？

一、系统组成

本项目主要由采收藕根子装置本体、动力部分、传感器部分、传输部分、控制部分和软件监控平台组成。

传感器部分包括蓝牙模块、5G模块，传输部分包括有线、无线、北斗卫星传输等。通过传感器采集的信息，设置相关的控制条件后，控制电机、机械臂、小型旋转刀片、照明系统、高压水泵、感应探头、监控摄像头等设备实现自动化控制。

二、系统功能

（一）全天候采收

通过电能或太阳能，用智能化工程机械替代人工采收藕根子。利用防水防晒、照明设备，实现全天候高效环保适时采收。

（二）快乐智能采收

人们可利用智能化机械边采收藕根子，边听音乐或看视频。

三、软件监控平台

（一）用户通过智能终端登录软件监控平台，实时掌握藕根子的采收状况，及时调整设备。

（二）控制模式有手动模式和自动模式，智能化自动调控，电脑实时在线监测，采用统一的人机界面、灵活方便的操作方式。

（三）设备在自动模式下，可根据上下限自动调节控制。

四、作品结构

藕根子采收机器人结构图见图1。

五、工作流程

（一）把机器人移至藕塘区域，通过摄像头、传感器导引到出尖角的小荷旁，定位藕根子的位置。

（二）放下作业机械臂，打开机械臂上的照明摄像头，观测水底的藕根子，自动设定采摘深度。

（三）开启高压水泵，对埋藏于泥底的藕根子进行冲刷，直到藕根子显露。

（四）机械臂慢慢将藕根子从泥中抽出、切断，然后用高压水泵冲洗干净。

（五）机械臂抓取清洗干净的藕根子自动送到储存区。

（六）通过远程控制，重复上述采摘过程。

（七）装置可采用蓄电池和太阳能充电池供电。

六、创新点

（一）在对南县藕根子生长、采收等信息分析的基础上，关注藕根子人工采收成本高、效率低、工人易受伤等问题，提出基于人工智能的藕根子采收机器人的创意，并设计制作了模型，为快乐、绿色、高效、全天候适时采收藕根子提供了新思路。

（二）基于人工智能的藕根子采收机器人主要通过传感器，利用单片机或Arduino芯片、动力系统、无线传感器、照明摄像头、音视频播放器、蓝牙模块、5G技术、智能终端、应用软件、步进电机、机械臂、小型旋转刀片、自动伸缩杆、高压水泵等软硬件设备，对藕根子进行采收，对促进南县特色经济发展能作出一定贡献。本项目虽然是针对南县的藕根子采收情况设计，但研究成果对全国其他地区也有一定的参考价值。

七、进一步改进的设想

今后，我还将对基于人工智能的藕根子采收机器人的自动控制系统进行深入研究和优化设计。（指导老师：洪伟   唐善军   于义）

作者心声

本项目从创意的提出到项目的完成，经历了半年多的时间。在这段时间内，我得到了很多人的帮助。感谢父母对我进行科技创新活动的理解和支持；感谢南县农业局工作人员为本课题的研究提供咨询；感谢南县一中洪伟、唐善军、于义等老师提供的指导。在这次学习探索中，我收获了成功的喜悦和极大的自信心，今后我将继续勇敢表达自己的想法与思路，积极探索与实践，为校争光，为人民、为社会、为国家贡献自己的力量！

专家点评

杨骏奥同学设计完成的藕根子采收机器人，是一件具有现实需求的创新项目。这项作品要完全实现其设计功能、达到实际应用的水平，还有很长的路要走。

但是，它的产生过程表明，杨骏奥同学具有良好的创新意识和振兴乡村、建设家乡的责任感。正因如此，他才能从家乡人采收藕根子的生产实际需求出发，找到并确定实施这项课题。这就是青少年科技创新大赛提倡的B类作品，即选题源于日常生活，能为经济社会发展或社会生活带来便利的项目。

该作品体现了他对相关技术的学习与应用的能力。制作原型样品涉及对多学科知识与多种技术的综合应用，如Arduino芯片、无线传感器、步进电机等，没有挑战精神、技术学习和应用能力是不可能实现的。

这项作品充分展现了新时代高中生像科学家工作式学习的良好姿态，还给专业机构的研究人员提供了一个具有原创性的攻关方向。

（栏目编辑  秦银银）