近日，由中国水利教育协会和教育部等主办的2015年第四届全国大学生水利创新设计大赛正式举行。本次大赛以“高效用水”为主题，来自全国69所高校的900余名师生参加了角逐。扬州大学水能学院的学生在和清华大学同组竞技中，凭借过硬的创新技术，一起进入决赛，他们设计的“太阳能智能滴灌机器人”最终获得优胜奖。
据了解，这种机器人的能源由太阳能供给，能自动监测土壤含水率，并根据旱情自动铺设和回收滴灌带，给北方干旱地区的灌溉带来了福音。
为何要设计?
干旱地区滴灌方式存在诸多缺陷
暑假期间，扬州大学水能学院大三学生龚志浩和同学们没有闲着，他们在带队老师杨小令的指导下，进行“太阳能智能滴灌机器人”的研究。
什么是滴灌机器人?作为这个项目的负责人之一，龚志浩告诉记者，滴灌是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，具有无水损失，无地面径流损失，深层渗漏损失小，田间蒸发损失低的特点，水的利用率可达95%，在干旱地区，对作物的生长极其有利。
“然而滴灌的灌溉方式，还有不少缺点，”龚志浩介绍，可以将滴灌系统分成三类：地面固定式、地下固定式、移动式。地面固定式系统安装、维护方便，也便于检查土壤湿润和测量滴头流量变化的情况，但是毛管和灌水器易损坏和老化，对田间耕作也有影响。地下固定式系统延长了设备的使用寿命，但是不能检查土壤湿润和测量滴头流量变化的情况，发生问题维修也很困难。移动式滴灌系统特别适用于半干旱地区少遇大旱的抗旱救灾中，但需要随时监测土壤含水率，铺设和回收滴灌带，人力资源耗费巨大，所花时间极长，难以普及。
“此时，研究一种能自动监测土壤含水率，并根据旱情自动铺设和回收滴灌带的智能机器人已成为农业水利工程的急迫任务。”龚志浩告诉记者，这项研究，他们从4月份就开始进行调研构思，“太阳能智能滴灌机器人”的实物制造也是在暑假期间刚刚制成。
有何功用?
人们远程遥控便可进行灌溉
在现场，记者看到，这款“太阳能智能滴灌机器人”从外形上来看，更像是一棵圣诞树，主干上挂着各式装置。龚志浩介绍，不要小看这个机器人，虽然占地面积不多，却有多个装置，包括滴灌部分、运载部分、供能部分、气象仪、含水率监测装置、摄像头、避障装置等。
“太阳能智能滴灌机器人”在设计时，有一个很大的功能，就是当土壤有效水含量小于计算出的作物需水量时，机器人就紧急出动，自动铺设滴灌带进行滴灌，并在滴灌完成后能自动回收滴灌带。“这个设计，在前期调研时，我们想了很多办法解决滴灌带防摩擦问题，最终还是从录音机的芯片上获得了启发。”龚志浩说道，滴灌部分采用皮带轮式的连接方式，运用收音机收放磁带的原理，免去了滴灌带铺设与回收时和地面的磨损。
既然是智能型机器人，那么，这款滴灌机器人包含了哪些原本需要人工做的工作?“你看这主干上装有多个设备，不要小看它们，它们做了很多人工的工作。”龚志浩告诉记者，气象仪可以监测田间小气候，包括近地面处的风速、风向、温度、湿度、气压以及降雨量，从而计算作物需水量。含水率监测装置采用电阻式土壤含水率传感器，可以较快捷地检测出土壤含水率。
“人们需要做的，就是进行远程控制和监测，”龚志浩说，在这款机器人中，他们在底盘前后均安装有摄像头，以便铺设和回收滴灌带时可以远程控制，并且在避撞装置采用红外线避撞传感器，安装在底盘四角。当小车距离作物根部过近时，红外传感器就会发出信号，提示转向，以免破坏作物。
有何创新?
使用太阳能作为驱动机器人的主要动力
“这个机器使用了太阳能作为驱动机器人的主要动力，这就赋予了智能机器人源源不断的动力来源。从而保证了该机器人长时间，大范围，远距离地在田间工作，不用人工再补充能源，可以获得巨大的经济效益。”
龚志浩介绍，因为该机器人可以长时间呆在田间工作，又可以解决现阶段难以进行的土壤含水率的实时监测问题，也解决了滴灌带布设和回收耗费大量劳动力的问题，可以保证农民干旱之年不减收。当旱情解除后，可以及时回收滴灌带，避免长期日晒老化，延长了使用年限。
“除了绿色环保外，这款‘太阳能智能滴灌机器人’还有一个创新点，就是可以进行精确灌溉，可以通过监测田间小气候计算出作物需水量，再根据土壤实际含水率便可得出作物所需的灌溉水量，避免了无效灌溉，从而节约用水。”
“目前，我们的这项装置已经申报了专利，并且会在未来进行大规模生产，”龚志浩表示，该机器人特别适合于半干旱耕地的应急抗旱保苗工作，在北方玉米、高粱等宽行距作物种植区应用前景非常广泛。
