藕根子采收機(jī)器人

在我的家鄉(xiāng)湖南省南縣，每到立夏之后，蓮農(nóng)們就開(kāi)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(gè)節(jié)間和頂芽組成。藕根子與蓮藕為同源器官，條件適宜時(shí)，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(xiàn)，雖然上市時(shí)價(jià)格高昂，但總是供不應(yīng)求。

采收藕根子時(shí)，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(xì)長(zhǎng)的藕根子就露出嫩白的真面目。經(jīng)過(guò)調(diào)查，我了解到，人工采收藕根子有以下不足：成本高、效率低；對(duì)環(huán)境要求苛刻；工人的手腳易被利器割傷，還常常被蟲(chóng)、蛇咬傷；工人在水里浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易虛脫暈倒。

我是一名藕根子愛(ài)好者，“吃藕不忘挖藕人”，我思考：能不能制作一個(gè)機(jī)器人，快、準(zhǔn)、靈、穩(wěn)地采收藕根子？

一、系統(tǒng)組成

本項(xiàng)目主要由采收藕根子裝置本體、動(dòng)力部分、傳感器部分、傳輸部分、控制部分和軟件監(jiān)控平臺(tái)組成。

傳感器部分包括藍(lán)牙模塊、5G模塊，傳輸部分包括有線、無(wú)線、北斗衛(wèi)星傳輸?shù)?。通過(guò)傳感器采集的信息，設(shè)置相關(guān)的控制條件后，控制電機(jī)、機(jī)械臂、小型旋轉(zhuǎn)刀片、照明系統(tǒng)、高壓水泵、感應(yīng)探頭、監(jiān)控?cái)z像頭等設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

二、系統(tǒng)功能

（一）全天候采收

通過(guò)電能或太陽(yáng)能，用智能化工程機(jī)械替代人工采收藕根子。利用防水防曬、照明設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全天候高效環(huán)保適時(shí)采收。

（二）快樂(lè)智能采收

人們可利用智能化機(jī)械邊采收藕根子，邊聽(tīng)音樂(lè)或看視頻。

三、軟件監(jiān)控平臺(tái)

（一）用戶通過(guò)智能終端登錄軟件監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)時(shí)掌握藕根子的采收狀況，及時(shí)調(diào)整設(shè)備。

（二）控制模式有手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，智能化自動(dòng)調(diào)控，電腦實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，采用統(tǒng)一的人機(jī)界面、靈活方便的操作方式。

（三）設(shè)備在自動(dòng)模式下，可根據(jù)上下限自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。

四、作品結(jié)構(gòu)

藕根子采收機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

五、工作流程

（一）把機(jī)器人移至藕塘區(qū)域，通過(guò)攝像頭、傳感器導(dǎo)引到出尖角的小荷旁，定位藕根子的位置。

（二）放下作業(yè)機(jī)械臂，打開(kāi)機(jī)械臂上的照明攝像頭，觀測(cè)水底的藕根子，自動(dòng)設(shè)定采摘深度。

（三）開(kāi)啟高壓水泵，對(duì)埋藏于泥底的藕根子進(jìn)行沖刷，直到藕根子顯露。

（四）機(jī)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(jī)械臂抓取清洗干凈的藕根子自動(dòng)送到儲(chǔ)存區(qū)。

（六）通過(guò)遠(yuǎn)程控制，重復(fù)上述采摘過(guò)程。

（七）裝置可采用蓄電池和太陽(yáng)能充電池供電。

六、創(chuàng)新點(diǎn)

（一）在對(duì)南縣藕根子生長(zhǎng)、采收等信息分析的基礎(chǔ)上，關(guān)注藕根子人工采收成本高、效率低、工人易受傷等問(wèn)題，提出基于人工智能的藕根子采收機(jī)器人的創(chuàng)意，并設(shè)計(jì)制作了模型，為快樂(lè)、綠色、高效、全天候適時(shí)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(jī)器人主要通過(guò)傳感器，利用單片機(jī)或Arduino芯片、動(dòng)力系統(tǒng)、無(wú)線傳感器、照明攝像頭、音視頻播放器、藍(lán)牙模塊、5G技術(shù)、智能終端、應(yīng)用軟件、步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械臂、小型旋轉(zhuǎn)刀片、自動(dòng)伸縮桿、高壓水泵等軟硬件設(shè)備，對(duì)藕根子進(jìn)行采收，對(duì)促進(jìn)南縣特色經(jīng)濟(jì)發(fā)展能作出一定貢獻(xiàn)。本項(xiàng)目雖然是針對(duì)南縣的藕根子采收情況設(shè)計(jì)，但研究成果對(duì)全國(guó)其他地區(qū)也有一定的參考價(jià)值。

七、進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想

今后，我還將對(duì)基于人工智能的藕根子采收機(jī)器人的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)。（指導(dǎo)老師：洪偉? ?唐善軍? ?于義）

作者心聲

本項(xiàng)目從創(chuàng)意的提出到項(xiàng)目的完成，經(jīng)歷了半年多的時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，我得到了很多人的幫助。感謝父母對(duì)我進(jìn)行科技創(chuàng)新活動(dòng)的理解和支持；感謝南縣農(nóng)業(yè)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(dǎo)。在這次學(xué)習(xí)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(xù)勇敢表達(dá)自己的想法與思路，積極探索與實(shí)踐，為校爭(zhēng)光，為人民、為社會(huì)、為國(guó)家貢獻(xiàn)自己的力量！

專家點(diǎn)評(píng)

楊駿奧同學(xué)設(shè)計(jì)完成的藕根子采收機(jī)器人，是一件具有現(xiàn)實(shí)需求的創(chuàng)新項(xiàng)目。這項(xiàng)作品要完全實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)功能、達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的水平，還有很長(zhǎng)的路要走。

但是，它的產(chǎn)生過(guò)程表明，楊駿奧同學(xué)具有良好的創(chuàng)新意識(shí)和振興鄉(xiāng)村、建設(shè)家鄉(xiāng)的責(zé)任感。正因如此，他才能從家鄉(xiāng)人采收藕根子的生產(chǎn)實(shí)際需求出發(fā)，找到并確定實(shí)施這項(xiàng)課題。這就是青少年科技創(chuàng)新大賽提倡的B類作品，即選題源于日常生活，能為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展或社會(huì)生活帶來(lái)便利的項(xiàng)目。

該作品體現(xiàn)了他對(duì)相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用的能力。制作原型樣品涉及對(duì)多學(xué)科知識(shí)與多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，如Arduino芯片、無(wú)線傳感器、步進(jìn)電機(jī)等，沒(méi)有挑戰(zhàn)精神、技術(shù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力是不可能實(shí)現(xiàn)的。

這項(xiàng)作品充分展現(xiàn)了新時(shí)代高中生像科學(xué)家工作式學(xué)習(xí)的良好姿態(tài)，還給專業(yè)機(jī)構(gòu)的研究人員提供了一個(gè)具有原創(chuàng)性的攻關(guān)方向。

（欄目編輯? 秦銀銀）