文献综述—修改版.doc

基于目标位姿的油茶果采摘机器人抓取研究 一、前言 油茶是我国特有的一种可食用油料树种，有两千多年的栽培和利用历史。油茶籽的含油量高达30%以上，其经过加工而成的茶油是一种营养高、品质好的天然绿色食用油，有“东方橄榄油”和“油中软黄金”的美誉[1]。茶油中含有高达80%以上组成同橄榄油极为相似的油酸，长期食用有助于防治血管硬化、高血压等疾病，故其与油棕、油橄榄、椰子一起被誉为世界四大木本食用油料[1-2]。 油茶的经济价值非常高，茶油既是保健绿色的食用油，也是难得的优良工业用油，从中可提取油酸及其它酯类、增香剂、涂料、润滑油等产品，还可以用其深度研发多种保健品、药用品[3-5]。油茶籽中含有13%~18%的茶皂素，具有抗渗、消炎、镇痛、灭菌杀虫等生理作用，所以广泛应用于发泡剂、乳化剂、防腐剂、洗涤剂、杀虫剂等医药产品的生产中[3]。油茶鲜果可以说是全身是宝，油茶籽榨油后得到的油茶籽粕在经过脱毒处理后同样具有很高的营养价值，可作为优质饲料的蛋白源。而油茶鲜果果壳中含有丰富的多缩戊糖、纤维素和木质素，故其是生产糠醛、木糖的理想原材料。总之油茶的产业链很长，然而当前油茶的前加工技术十分落后，严重影响和制约油茶产业的发产，所以此项研究意义重大。 据统计，目前，在我国油茶的种植面积已经超过300万公顷，油茶籽的年产量也早已突破100万吨，而年产茶油更是高达26万吨之多，每年油茶的产值超过110亿元，种植油茶树已成为很多农民重要的致富手段。在我国的长江流域及其以南的14个省（市、区）都有种植油茶，其中又以湖南、江西、广西三省为主要的油茶种植区，这三个省的种植面积占到全国总种植面积的75%以上。湖南省是我国油茶的主产区，种植面积和年产量均列全国第一，全省现有的油茶林面积176万公顷，且还有306.7万多公顷山地适宜油茶的栽培，特别是近些年，新造了10万公顷良种油茶林,加上改造的46.7万公顷低产林,其产量和效益呈现递增的趋势[7]。现有油茶林经过提纯、复壮、嫁接和品改，每公顷产茶油可由原来的75公斤左右提高到750公斤以上。如果湖南实施66.7万公顷高产油茶林建设,按每公顷产450公斤计算，全省茶油年产量将达到30万吨。以油菜每公顷产油600公斤计算，相当于可置换出50万公顷耕地用来种植粮食，可为农民增收125亿元[8]。近年来，国家发展改革委员会、财政部、国家林业局三部委以发改农经2009[2851]号文联合印发了《全国油茶产业发展规划（2009-2020年）》。《规划》以改造现有低产林为重点，新造与低改相结合，通过加大良种繁育基地建设，加强科技研发和推广力度，拟在全国14个省（区、市）的642个县（市、区）山地丘陵适生区域大力发展良种油茶林基地，扩大良种油茶比例和规模，力争到2020年全国油茶种植总规模达到7000万亩，年产茶油250万吨。国家对油茶产业发展高度重视，出台了一系列扶持油茶生产的优惠政策，油茶产业迎来了大发展的契机[6]。 油茶丰产要丰收，适时采摘是关键，特别是油茶被大规模种植后的油茶果能不能及时采摘的问题就显得尤为重要[9-13]。目前，油茶果的采摘基本上是由人工完成的，劳动强度大、效率低，靠人工采摘往往会错过油茶果的最佳采摘时期，造成油茶果的的大量损失，快速发展的油茶产业需要摘果工作机械化、自动化的需求会愈发强烈。因此，在林果类采摘工作中的机械化、智能化、自动化自然而然地成为人们关注的热点问题之一。开展林果类的采摘机器人技术研究，不仅能够降低劳动强度、提高经济效益、顺应市场需求等方面具有一定的现实意义，而且对于促进像我国这样的农业大国加快实现农业集约化化、机械化、自动化，追赶世界农业新技术、加速我国步入农业强国的步伐都有重大的历史意义。 二、国内外关于果蔬类采摘机器人的研究现状 1、国外的研究现状 果蔬类采摘机械化研究始于1968年，美国Brown教授和Schertz教授首次提出水果自动化采摘的建议[14]。利用叶子和果实在电磁光谱的红外区域和可见光区域反射率的差异识别水果[[15]。 受Brown和Schertz的启发，各种关于果实自动化采摘的研究，陆续在世界各地开展起来。Goksel和Parrish在1977年根据上述理论，利用黑白照相机和用于增强绿色叶子和红色苹果对比度的红色光学滤波器，搭建了第一个比较实用的成熟苹果识别机器视觉系统[16]。 意大利的Buemi教授在1995年研究开发了柑橘采摘自动化系统[17]。该系统利用彩色相机采集图像，并将彩色模型转换到HIS系统下，对目标图像进行颜色分割，将对应同一场景的立体图像进行匹配获得柑橘三维信息。实际检测到的成熟柑橘大约为90%，出现的漏检，绝大部分是由于遮挡原因造成的。 荷兰农业环境工程研究所（IMAG）在1996年研制出一种多功能黄瓜收获机器人[18]。该机器