記者 白瑤

　　金秋時節(jié)，三秦大地一派豐收景象。而在這片傳統(tǒng)的北方農(nóng)業(yè)沃土上，一幅“南果北種”的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)圖景正悄然展開：火龍果嫩莖舒展、百香果藤蔓纏繞，曾經(jīng)只在南方生長的熱帶水果，如今也在陜西開花結(jié)果。豐收的喜悅背后，“高空摘果險、人工成本高、果實損耗大”的難題始終縈繞——這不僅是陜西熱帶水果種植戶的困擾，更是全國熱帶農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)的共性痛點。

　　日前，從中國大學(xué)生機械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽全國總決賽傳來捷報：西安理工大學(xué)國際工學(xué)院學(xué)子研發(fā)的“熱帶水果車載——無人機協(xié)同智能采摘系統(tǒng)”，從全國2571件參賽作品中脫穎而出，斬獲全國一等獎。這套采摘“黑科技”，不僅為破解熱帶水果采摘難題提供了可落地的智能化方案，更為科技賦能產(chǎn)業(yè)發(fā)展寫下生動注腳。

　　“獲獎的那一刻，除了驚喜與激動外，更多的是為所有人的付出終有回報而欣慰。”團隊隊長楊凱文回憶起獲獎瞬間，仍滿懷感慨。

　　從去年8月到今年3月共歷時7個月，團隊多次熬夜修改方案——從果園里記錄果農(nóng)攀爬的身影，到實驗室里反復(fù)調(diào)試機械臂的精度，再到田間測試時應(yīng)對突發(fā)的地形難題，每一個細節(jié)都飽含心血。

　　這份堅持的起點，源于去年夏天的一次南方之行。當時，楊凱文和團隊成員正在廣東、福建開展農(nóng)業(yè)暑期實踐，走進當?shù)毓麍@，眼前的景象讓他們心頭一緊：烈日下，果農(nóng)正背著竹筐攀爬在10多米高的果樹上采摘水果，稍有不慎便有墜落的風險。

　　“查閱資料后，我們發(fā)現(xiàn)熱帶水果采摘的機械化、智能化設(shè)備研發(fā)相對滯后，人工成本高、效率低、易損傷成了制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的‘卡脖子’問題。”楊凱文說。

　　與指導(dǎo)老師楊振朝、張燕飛商討后，團隊確定以“熱帶水果智能采摘”為研發(fā)方向。

　　確定研發(fā)方向后，團隊面臨的第一個核心問題是：選擇何種技術(shù)路徑?

　　“不能閉門造車，得回到果園找答案。”楊振朝的一句話點醒了團隊。為進一步摸清行業(yè)痛點，團隊成員先后實地走訪多個熱帶水果主產(chǎn)區(qū)，與果農(nóng)、農(nóng)業(yè)合作社及水果收購商深入交流。

　　“最令人印象深刻的是，不少果農(nóng)都提到采摘季雇人難、成本高，果實因錯過最佳采摘期或損傷降價;一些農(nóng)業(yè)合作社負責人也表示，因采摘難題，年輕人不愿留在農(nóng)村從事熱帶水果種植，部分產(chǎn)區(qū)面臨勞動力短缺困境。這讓我們更堅定了‘用科技為果農(nóng)減負’的決心。”楊凱文說。

　　研發(fā)前，團隊還系統(tǒng)調(diào)研了市面現(xiàn)有設(shè)備，發(fā)現(xiàn)純地面設(shè)備難以觸及高處果實，在山地、泥濘地形易打滑，惡劣天氣下穩(wěn)定性差;純空中設(shè)備續(xù)航短、負載低，且多數(shù)無法精準完成果梗分離。

　　“既然純地面、純空中都不行，不如讓它們‘搭伙干活’。”基于這些痛點，楊凱文提出的“地面移動基地+空中精準作業(yè)”協(xié)同思路，很快得到團隊認可。

　　這套方案主要包含三大組件：一是車載平臺，搭載履帶底盤適配復(fù)雜地形，內(nèi)設(shè)負壓緩沖收集裝置減少果實轉(zhuǎn)運損傷。二是無人機模塊，搭配機械臂實現(xiàn)靈活采摘，同時配置感知與通信設(shè)備，保障果實識別、定位及數(shù)據(jù)傳輸。三是協(xié)同控制模塊，通過分層架構(gòu)確保車載平臺與無人機的高效協(xié)同運轉(zhuǎn)。

　　但研發(fā)之路并非一帆風順。項目啟動不久，采摘執(zhí)行機構(gòu)的三角板支架設(shè)計就給了團隊“當頭一棒”。作為連接機械臂與無人機的關(guān)鍵部件，三角板既要承受機械臂作業(yè)時的沖擊力，又要保證氣吸式采摘的氣密性。

　　“我們最初采用的直連式三角板結(jié)構(gòu)，在仿真測試中因中心壓力過高易斷裂，完全無法使用。”團隊成員張馨予說。

　　那天下午，實驗室里一片沉默，桌上攤開的專業(yè)書籍翻了又合，卻沒人能找到突破口。直到晚上，大家找到指導(dǎo)老師。兩位老師帶著學(xué)生翻閱機械結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊，用畫圖板的方式一步步拆解“應(yīng)力集中”的原理。

　　“凌晨兩點多，我們發(fā)現(xiàn)‘倒金字塔形’結(jié)構(gòu)可分散應(yīng)力，立刻重新建模、設(shè)置參數(shù)，直到新仿真測試成功。”團隊成員朱仕鴻說，“那個夜晚，實驗室里的燈光、寫滿公式的草稿紙，成為技術(shù)突破最具體的寫照。”

　　更關(guān)鍵的挑戰(zhàn)在于“摘果手法”。最初，團隊采用五自由度機械臂直接抓取方案，卻因剛性夾爪易壓傷果皮，導(dǎo)致?lián)p傷率高、效率低。

　　“摘果不是‘生拉硬拽’，得像果農(nóng)那樣‘輕捏慢剪’。不如再去果園，把果農(nóng)的動作拆解開看。”在楊振朝的建議下，團隊重新回到田間。這次，他們不再是“旁觀者”，而是跟著果農(nóng)一步步學(xué)習(xí)采摘水果的手法，最終改進摘果方法。

　　光有“好手藝”還不夠，機械臂還得“知道該摘哪顆”——像果農(nóng)一樣，一眼分清“熟果”和“生果”，避開枝葉遮擋，找到最優(yōu)采摘角度。

　　“我們?yōu)闊o人機搭載了機前相機+YOLOv5視覺識別系統(tǒng)，經(jīng)手眼標定算法轉(zhuǎn)換坐標確定采摘點，依靠多智能體算法智能規(guī)劃最優(yōu)采摘路徑;機前相機記錄樹冠層高度和果實分布，濕度傳感器輔助判斷成熟度。”楊凱文說，針對枝葉遮擋，團隊還引入負壓吸附組件，在機械臂末端加裝微型氣泵，以輕微負壓吸開細枝，露出果柄，如遇粗枝則通過算法規(guī)劃繞開路徑，確保精準采摘。

　　為適配山地、泥濘地形，團隊沒有選擇常規(guī)的輪式底盤，而是設(shè)計了專屬的履帶式底盤——可在30度的斜坡、泥濘地面等場景穩(wěn)定行駛，完美適配丘陵地帶。

　　“盡管系統(tǒng)針對熱帶水果設(shè)計，但隨著陜西‘南果北種’的普及，其技術(shù)原理可遷移至獼猴桃等本土水果采摘。”張燕飛表示，系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用后，將對熱帶水果種植業(yè)產(chǎn)生顯著影響。

　　項目的成功離不開學(xué)校與老師的支持：學(xué)校構(gòu)建“理論學(xué)習(xí)—項目實踐—競賽歷練—成果轉(zhuǎn)化”的育人模式，指導(dǎo)老師則以“引路人”“技術(shù)教練”“保障后盾”三重角色全程助力。楊振朝說：“此次獲獎既讓學(xué)生實現(xiàn)了能力與信心的雙重突破，也填補了學(xué)院在高端機械創(chuàng)新賽事上的榮譽空白。”

　　“這份榮譽不是終點，而是‘用科技為果農(nóng)減負’的新起點。”楊凱文的話，道出了團隊對農(nóng)業(yè)科技的初心與期許。