果园里的科技突围​——西安理工大学学子用“摘果神器”破解热带水果采摘难题

　　记者 白瑶

　　金秋时节，三秦大地一派丰收景象。而在这片传统的北方农业沃土上，一幅“南果北种”的现代农业图景正悄然展开：火龙果嫩茎舒展、百香果藤蔓缠绕，曾经只在南方生长的热带水果，如今也在陕西开花结果。丰收的喜悦背后，“高空摘果险、人工成本高、果实损耗大”的难题始终萦绕——这不仅是陕西热带水果种植户的困扰，更是全国热带农业产区的共性痛点。

　　日前，从中国大学生机械工程创新创意大赛全国总决赛传来捷报：西安理工大学国际工学院学子研发的“热带水果车载——无人机协同智能采摘系统”，从全国2571件参赛作品中脱颖而出，斩获全国一等奖。这套采摘“黑科技”，不仅为破解热带水果采摘难题提供了可落地的智能化方案，更为科技赋能产业发展写下生动注脚。

　　“获奖的那一刻，除了惊喜与激动外，更多的是为所有人的付出终有回报而欣慰。”团队队长杨凯文回忆起获奖瞬间，仍满怀感慨。

　　从去年8月到今年3月共历时7个月，团队多次熬夜修改方案——从果园里记录果农攀爬的身影，到实验室里反复调试机械臂的精度，再到田间测试时应对突发的地形难题，每一个细节都饱含心血。

　　这份坚持的起点，源于去年夏天的一次南方之行。当时，杨凯文和团队成员正在广东、福建开展农业暑期实践，走进当地果园，眼前的景象让他们心头一紧：烈日下，果农正背着竹筐攀爬在10多米高的果树上采摘水果，稍有不慎便有坠落的风险。

　　“查阅资料后，我们发现热带水果采摘的机械化、智能化设备研发相对滞后，人工成本高、效率低、易损伤成了制约产业发展的‘卡脖子’问题。”杨凯文说。

　　与指导老师杨振朝、张燕飞商讨后，团队确定以“热带水果智能采摘”为研发方向。

　　确定研发方向后，团队面临的第一个核心问题是：选择何种技术路径?

　　“不能闭门造车，得回到果园找答案。”杨振朝的一句话点醒了团队。为进一步摸清行业痛点，团队成员先后实地走访多个热带水果主产区，与果农、农业合作社及水果收购商深入交流。

　　“最令人印象深刻的是，不少果农都提到采摘季雇人难、成本高，果实因错过最佳采摘期或损伤降价;一些农业合作社负责人也表示，因采摘难题，年轻人不愿留在农村从事热带水果种植，部分产区面临劳动力短缺困境。这让我们更坚定了‘用科技为果农减负’的决心。”杨凯文说。

　　研发前，团队还系统调研了市面现有设备，发现纯地面设备难以触及高处果实，在山地、泥泞地形易打滑，恶劣天气下稳定性差;纯空中设备续航短、负载低，且多数无法精准完成果梗分离。

　　“既然纯地面、纯空中都不行，不如让它们‘搭伙干活’。”基于这些痛点，杨凯文提出的“地面移动基地+空中精准作业”协同思路，很快得到团队认可。

　　这套方案主要包含三大组件：一是车载平台，搭载履带底盘适配复杂地形，内设负压缓冲收集装置减少果实转运损伤。二是无人机模块，搭配机械臂实现灵活采摘，同时配置感知与通信设备，保障果实识别、定位及数据传输。三是协同控制模块，通过分层架构确保车载平台与无人机的高效协同运转。

　　但研发之路并非一帆风顺。项目启动不久，采摘执行机构的三角板支架设计就给了团队“当头一棒”。作为连接机械臂与无人机的关键部件，三角板既要承受机械臂作业时的冲击力，又要保证气吸式采摘的气密性。

　　“我们最初采用的直连式三角板结构，在仿真测试中因中心压力过高易断裂，完全无法使用。”团队成员张馨予说。

　　那天下午，实验室里一片沉默，桌上摊开的专业书籍翻了又合，却没人能找到突破口。直到晚上，大家找到指导老师。两位老师带着学生翻阅机械结构设计手册，用画图板的方式一步步拆解“应力集中”的原理。

　　“凌晨两点多，我们发现‘倒金字塔形’结构可分散应力，立刻重新建模、设置参数，直到新仿真测试成功。”团队成员朱仕鸿说，“那个夜晚，实验室里的灯光、写满公式的草稿纸，成为技术突破最具体的写照。”

　　更关键的挑战在于“摘果手法”。最初，团队采用五自由度机械臂直接抓取方案，却因刚性夹爪易压伤果皮，导致损伤率高、效率低。

　　“摘果不是‘生拉硬拽’，得像果农那样‘轻捏慢剪’。不如再去果园，把果农的动作拆解开看。”在杨振朝的建议下，团队重新回到田间。这次，他们不再是“旁观者”，而是跟着果农一步步学习采摘水果的手法，最终改进摘果方法。

　　光有“好手艺”还不够，机械臂还得“知道该摘哪颗”——像果农一样，一眼分清“熟果”和“生果”，避开枝叶遮挡，找到最优采摘角度。

　　“我们为无人机搭载了机前相机+YOLOv5视觉识别系统，经手眼标定算法转换坐标确定采摘点，依靠多智能体算法智能规划最优采摘路径;机前相机记录树冠层高度和果实分布，湿度传感器辅助判断成熟度。”杨凯文说，针对枝叶遮挡，团队还引入负压吸附组件，在机械臂末端加装微型气泵，以轻微负压吸开细枝，露出果柄，如遇粗枝则通过算法规划绕开路径，确保精准采摘。

　　为适配山地、泥泞地形，团队没有选择常规的轮式底盘，而是设计了专属的履带式底盘——可在30度的斜坡、泥泞地面等场景稳定行驶，完美适配丘陵地带。

　　“尽管系统针对热带水果设计，但随着陕西‘南果北种’的普及，其技术原理可迁移至猕猴桃等本土水果采摘。”张燕飞表示，系统大规模应用后，将对热带水果种植业产生显著影响。

　　项目的成功离不开学校与老师的支持：学校构建“理论学习—项目实践—竞赛历练—成果转化”的育人模式，指导老师则以“引路人”“技术教练”“保障后盾”三重角色全程助力。杨振朝说：“此次获奖既让学生实现了能力与信心的双重突破，也填补了学院在高端机械创新赛事上的荣誉空白。”

　　“这份荣誉不是终点，而是‘用科技为果农减负’的新起点。”杨凯文的话，道出了团队对农业科技的初心与期许。