藕根子采收機器人

在我的家鄉湖南省南縣，每到立夏之后，蓮農們就開始采收藕根子。藕根子是蓮的幼嫩根狀莖，由根狀莖頂端的一個節間和頂芽組成。藕根子與蓮藕為同源器官，條件適宜時，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。藕根子只在初夏短暫地出現，雖然上市時價格高昂，但總是供不應求。

采收藕根子時，人們一般要下到齊腰深的荷塘中，手拿刀具在蓮葉與荷花間穿梭，彎腰摸到水下的藕根子后，緩緩將其抽出，在水里滌蕩幾下，細長的藕根子就露出嫩白的真面目。經過調查，我了解到，人工采收藕根子有以下不足：成本高、效率低；對環境要求苛刻；工人的手腳易被利器割傷，還常常被蟲、蛇咬傷；工人在水里浸泡時間過長，易虛脫暈倒。

我是一名藕根子愛好者，“吃藕不忘挖藕人”，我思考：能不能制作一個機器人，快、準、靈、穩地采收藕根子？

一、系統組成

本項目主要由采收藕根子裝置本體、動力部分、傳感器部分、傳輸部分、控制部分和軟件監控平臺組成。

傳感器部分包括藍牙模塊、5G模塊，傳輸部分包括有線、無線、北斗衛星傳輸等。通過傳感器采集的信息，設置相關的控制條件后，控制電機、機械臂、小型旋轉刀片、照明系統、高壓水泵、感應探頭、監控攝像頭等設備實現自動化控制。

二、系統功能

（一）全天候采收

通過電能或太陽能，用智能化工程機械替代人工采收藕根子。利用防水防曬、照明設備，實現全天候高效環保適時采收。

（二）快樂智能采收

人們可利用智能化機械邊采收藕根子，邊聽音樂或看視頻。

三、軟件監控平臺

（一）用戶通過智能終端登錄軟件監控平臺，實時掌握藕根子的采收狀況，及時調整設備。

（二）控制模式有手動模式和自動模式，智能化自動調控，電腦實時在線監測，采用統一的人機界面、靈活方便的操作方式。

（三）設備在自動模式下，可根據上下限自動調節控制。

四、作品結構

藕根子采收機器人結構圖見圖1。

五、工作流程

（一）把機器人移至藕塘區域，通過攝像頭、傳感器導引到出尖角的小荷旁，定位藕根子的位置。

（二）放下作業機械臂，打開機械臂上的照明攝像頭，觀測水底的藕根子，自動設定采摘深度。

（三）開啟高壓水泵，對埋藏于泥底的藕根子進行沖刷，直到藕根子顯露。

（四）機械臂慢慢將藕根子從泥中抽出、切斷，然后用高壓水泵沖洗干凈。

（五）機械臂抓取清洗干凈的藕根子自動送到儲存區。

（六）通過遠程控制，重復上述采摘過程。

（七）裝置可采用蓄電池和太陽能充電池供電。

六、創新點

（一）在對南縣藕根子生長、采收等信息分析的基礎上，關注藕根子人工采收成本高、效率低、工人易受傷等問題，提出基于人工智能的藕根子采收機器人的創意，并設計制作了模型，為快樂、綠色、高效、全天候適時采收藕根子提供了新思路。

（二）基于人工智能的藕根子采收機器人主要通過傳感器，利用單片機或Arduino芯片、動力系統、無線傳感器、照明攝像頭、音視頻播放器、藍牙模塊、5G技術、智能終端、應用軟件、步進電機、機械臂、小型旋轉刀片、自動伸縮桿、高壓水泵等軟硬件設備，對藕根子進行采收，對促進南縣特色經濟發展能作出一定貢獻。本項目雖然是針對南縣的藕根子采收情況設計，但研究成果對全國其他地區也有一定的參考價值。

七、進一步改進的設想

今后，我還將對基于人工智能的藕根子采收機器人的自動控制系統進行深入研究和優化設計。（指導老師：洪偉? ?唐善軍? ?于義）

作者心聲

本項目從創意的提出到項目的完成，經歷了半年多的時間。在這段時間內，我得到了很多人的幫助。感謝父母對我進行科技創新活動的理解和支持；感謝南縣農業局工作人員為本課題的研究提供咨詢；感謝南縣一中洪偉、唐善軍、于義等老師提供的指導。在這次學習探索中，我收獲了成功的喜悅和極大的自信心，今后我將繼續勇敢表達自己的想法與思路，積極探索與實踐，為校爭光，為人民、為社會、為國家貢獻自己的力量！

專家點評

楊駿奧同學設計完成的藕根子采收機器人，是一件具有現實需求的創新項目。這項作品要完全實現其設計功能、達到實際應用的水平，還有很長的路要走。

但是，它的產生過程表明，楊駿奧同學具有良好的創新意識和振興鄉村、建設家鄉的責任感。正因如此，他才能從家鄉人采收藕根子的生產實際需求出發，找到并確定實施這項課題。這就是青少年科技創新大賽提倡的B類作品，即選題源于日常生活，能為經濟社會發展或社會生活帶來便利的項目。

該作品體現了他對相關技術的學習與應用的能力。制作原型樣品涉及對多學科知識與多種技術的綜合應用，如Arduino芯片、無線傳感器、步進電機等，沒有挑戰精神、技術學習和應用能力是不可能實現的。

這項作品充分展現了新時代高中生像科學家工作式學習的良好姿態，還給專業機構的研究人員提供了一個具有原創性的攻關方向。

（欄目編輯? 秦銀銀）