CN113693055A - 一种可控激光光路的驱鸟无人机控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种一种可控激光光路的驱鸟无人机控制方法，通过控制机械臂调整反射镜位置坐标与倾斜角度进而控制成像光路完成设备角落的鸟巢、鸟类及障碍物的识别，同步控制激光光路完成设备角落的鸟巢、鸟类及障碍物的清扫与驱赶，该结构结合以上方法使得无人机无需到达鸟类或鸟巢位置也可进行激光驱鸟，尤其是一些无人机这类电子设备无法飞入的高压区域，可以实现定点驱赶与清扫，针对性强、精确性高，有利于变电站的运维管控。

Description

一种可控激光光路的驱鸟无人机控制方法

技术领域

本申请涉及一种无人机应用领域，具体涉及一种可控激光光路的驱鸟无人机控制方法。

背景技术

目前，在电网中，鸟类在杆塔上和变电站中筑巢非常多，鸟在活动中直接或者间接对电网产生了影响，如产生的排泄物使得绝缘子产生污闪，鸟的停留造成输电线路相与相之间的短路，尤其是下雨天，危害性更大，严重影响了电网的可靠运行，破坏系统稳定性，同时也对筑巢的鸟类存在较大隐患。

在航空系统中，利用无人机平台进行激光驱鸟是较为常见的一种驱鸟方式，这是由于通过波长为532nm的激光进行无人机驱鸟具有全自动全天候，可进行远程遥控，鸟类不会产生适应性等多个优势。但若将该套航空领域驱鸟系统运用至电力系统中进行线路和变电站驱鸟时，存在以下问题：无人机自身大小与设备结构的限制，很多有鸟筑巢的角落无人机无法到达，而由于在这些死角能够形成避雨点或发热点让鸟类更容易将巢筑在此处。因此，对于这些死角区域，尤其是设备上方、下方以及有遮挡物的前方，如有鸟筑巢，仅通过航空领域驱鸟系统进行线路和变电站驱鸟是远远不够的，在无人机由于设备阻碍已经不能通过前进、上升、下降来调整机身使激光到达指定区域时，通过改变原本只能进行直线发射的激光光路，使其形成一条可控路径是能够完成线路和变电站驱鸟的有效方式。

为此，我们提出了一种可控激光光路的驱鸟无人机控制方法。

发明内容

一种可控激光光路的驱鸟无人机控制方法包括如下步骤：

S1.通过远程操作控制无人机悬停在鸟窝驻扎的设备周围，通过控制器控制云台电机带动摄像头-激光发射装置转动，将摄像头-激光发射装置所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟窝或鸟类；

S2.若在摄像头-激光发射装置转动一周后未识别到鸟窝或鸟类，则通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置完成激光光路调整；

S3.当摄像头-激光发射装置中摄像头采集的反射镜中画面识别到鸟窝或鸟类，通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置将鸟窝或鸟类的影像移动至画面的特定位置，通过摄像头-激光发射装置出射激光，完成鸟类的驱逐和鸟窝的清扫。

方案一、

其中，S2中所述的通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置完成激光光路调整具体步骤如下：

S4.控制摄像头-激光发射装置从初始位置开始每隔一个时间间隔t₁转动一定角度α，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历摄像头-激光发射装置的旋转角度；

S5.在每个时间间隔t₁内，控制机械臂将反射镜位置放置在摄像头-激光发射装置该时间间隔内的激光直线光路靠近光源侧的第一点，完成反射镜的坐标位置确认，在该坐标位置绕镜面中心轴从初始位置开始每隔一个时间间隔t₂转动一定角度β，当镜面在该坐标位置遍历角度β，将反射镜坐标位置调整至第二点，重复上述步骤，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历该段光路路径下的所有反射镜相对位置。

其中，S4中所述的每隔一个时间间隔t₁转动一定角度α具体计算公式如下：

摄像头-激光发射装置转动一定角度α所需时间t₁₁，控制器与摄像头及激光发射装置之间传输信号所需时间t₁₂，控制器识别图像时间t₁₃，t₁＝t₁₁+t₁₂+t₁₃,角度α依照摄像头-激光发射装置参数取值。

方案二、

其中，S2中所述的通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置完成激光光路调整具体步骤如下：

S6.控制摄像头-激光发射装置从初始位置开始每隔一个时间间隔t₁转动一定角度α，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历摄像头-激光发射装置的旋转角度；

S7.控制机械臂在其最大运动区域内从右到左，从上到下运动，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历机械臂最大运动区域。

其中，S7中所述的控制机械臂的具体步骤如下：

S61.机械臂最大活动范围为S，将所述的活动范围下S活动范围按照离感知摄像头最近最远两个点间连线，通过四个等分点最近点坐标即第一个点坐标(x₁,y₁)，第二个点坐标(x₁+Δx,y₁+Δy)，第三个点坐标(x₁+2Δx,y₁+2Δy)最远点坐标即第四个点坐标(x₁+3Δx,y₁+3Δy)，分为三个区域，每个区域S_i＝{(x_j,y_j)|x₁≤x_j≤x₁+iΔx,y₁≤y_j≤y₁+iΔy,i∈[1,3]且i为正整数}；

S62.机械臂在S₁＝{(x_j,y_j)|x₁≤x_j≤x₁+Δx,y₁≤y_j≤y₁+Δy}内从右到左，从上到下运动，反射镜随着机械臂的运动，机械臂每次运动(Δx/n,0)或(0,Δy/n)，总共n²个位置，在每个位置处通过机械臂四级电机在0～90°内旋转带动反射镜在0～90°内旋转来寻找鸟巢或鸟类的位置。其中，n根据无人机、电网等实际情况取值，n的取值可变化。将摄像头所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟巢或鸟类；若识别到鸟巢或鸟类的位置，直接跳至S65步骤，若未识别到鸟巢或鸟类的位置，则进行下一步。

S63.若在S62步骤中摄像头未识别到鸟巢或鸟类的位置，则进行下一步。则机械臂在S₂＝{(x_j,y_j)|x₁+Δx,≤x_j≤x₁+2Δx,y₁+Δy≤y_j≤y₁+2Δy}内从右到左，从上到下运动，摄像头随着机械臂的运动，每次运动(Δx/n,0)或(0,Δy/n)，总共n²个位置，在每个位置处通过机械臂四级电机在0～90°内旋转带动反射镜在0～90°内旋转来寻找鸟巢或鸟类的位置。其中，n根据无人机、电网等实际情况取值，n的取值可变化。将摄像头所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟巢或鸟类；若控制器识别到鸟巢或者鸟类的位置，直接跳至S65步骤，若控制器未识别到鸟巢或者鸟类的位置，则进行下一步。

S64.若在S63步骤中摄像头未识别到鸟巢或鸟类的位置，则机械臂在S₃＝{(x_j,y_j)|x₁+2Δx≤x_j≤x₁+3Δx,y₁+2Δx≤y_j≤y₁+3Δy}内从右到左，从上到下运动，摄摄像头随着机械臂的运动，每次运动(Δx/n,0)或(0,Δy/n)，总共n²个位置，在每个位置处通过机械臂四级电机在0～90°内旋转带动反射镜在0～90°内旋转来寻找鸟巢或鸟类的位置。其中，n根据无人机、电网等实际情况取值，n的取值可变化。将摄像头所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟窝或鸟类；若控制器识别到鸟巢或者鸟类的位置，直接跳至S65步骤，若控制器未识别到鸟巢或者鸟类的位置，则进行无人机机身自行调整位置继续进行S61步骤。

S65.当摄像头采集的画面识别到鸟窝或鸟类，通过激光发射装置出射激光，完成鸟类的驱逐和鸟窝的清扫。

附图说明

图1是本申请可控激光光路的驱鸟无人机系统整体机械结构图；

图2是本申请摄像头-激光发射装置机械结构图；

图3是本申请电机系统模块示意图；

图4是本申请实施例一多自由度机械臂机械结构图；

图5是本申请实施例一多自由度机械臂模块示意图；

图6是本申请控制器控制回路示意图；

图7是本申请实施例二多自由度机械感知臂机械结构图；

图8是本申请实施例二多自由度机械感知臂整体安装图；

图9是本申请实施例三多自由度机械感知臂机械结构图；

图10是本申请实施例四多自由度机械感知臂机械结构图；

图11是本申请机械臂及反射镜运动路径图；

图12是本申请可控激光光路的驱鸟无人机系统整体操作示意图；

图13是本申请摄像头-激光发射装置与感知摄像头坐标位置感知计算图；

图14是本申请摄像头-激光发射装置激光位置路径计算图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

实施例一，如图1所示，一种可控激光光路的驱鸟无人机系统包括无人机本体1、多自由度机械臂2、摄像头-激光发射装置12、控制器13；其中所述的无人机本体1包括若干个螺旋桨43，基础框架44，所述的螺旋桨43对称分布于基础框架44两侧；如图2所示，所述的摄像头-激光发射装置12包括云台电机18，激光发射装置19，摄像头20，安装台21，本实施例给出所述的摄像头-激光发射装置12两种连接方式：

(1)所述的安装台21与所述的基础框架44固定连接，所述的激光发射装置19与所述的摄像头20通过电机驱动安装于所述的安装台21上，所述的激光发射装置19与所述的摄像头20电机控制和电机限位都是同步的，且两者的安装位置相近。

(2)所述的安装台21通过电机驱动安装于所述的基础框架44上，所述的激光发射装置19与所述的摄像头20固定安装于所述的安装台21上，且两者的安装角度相同，安装位置相近。

如图3所示，所述的云台电机18包括云台电机定子39、云台电机转子40、云台电机减速器41和用于检测转子旋转角度的云台电机角度反馈电路42。根据上述两种连接方式的方案一所确定的具体相互连接关系如下：

所述的云台电机定子39固定安装于所述的安装台21上，所述的云台电机转子40与所述的云台电机定子39嵌套安装，所述的云台电机转子40与所述的激光发射装置19、摄像头20的一端固定连接，所述的云台电机减速器41与所述的云台电机转子40连接，所述的云台电机减速器41和用于检测转子旋转角度的云台电机角度反馈电路42建立信号连接。

根据上述两种连接方式的方案二所确定的具体相互连接关系如下：

所述的云台电机定子39固定安装于所述的基础框架44上，所述的云台电机转子40与所述的云台电机定子39嵌套安装，所述的云台电机转子40与所述的安装台21的一端固定连接，所述的云台电机减速器41与所述的云台电机转子40连接，所述的云台电机减速器41和用于检测转子旋转角度的云台电机角度反馈电路42建立信号连接。

如图4和图5所示，所述的多自由度机械臂2包括机械臂底座3、旋转台4、大臂5、小臂6、反射镜7、机械臂一级电机14、机械臂二级电机15、机械臂三级电机16、机械臂四级电机17。所述的机械臂底座3安装在无人机上，所述的旋转台4通过机械臂一级电机14安装在所述的机械臂底座3上，所述的大臂5通过机械臂二级电机15与所述的旋转台4连接，所述的小臂6通过机械臂三级电机16与所述的大臂5连接，所述的反射镜7通过机械臂四级电机17与所述的小臂6连接。

其中，所述的机械臂一级电机14包括一级电机定子23、一级电机转子24、一级电机减速器25和用于检测转子旋转角度的一级电机角度反馈电路26，一级电机定子23安装在机械臂底座3上，且与一级电机转子24相嵌套安装，一级电机转子24与旋转台4一端相接，所述一级电机减速器25与一级电机转子24连接，所述一级电机减速器25和用于检测转子旋转角度的一级电机角度反馈电路26相接，所述用于检测转子旋转角度的一级电机角度反馈电路26与控制器13相连。

其中，所述的机械臂二级电机15包括二级电机定子27、二级电机转子28、二级电机减速器29和用于检测转子旋转角度的二级电机角度反馈电路30，所述二级电机定子27固定安装在旋转台4的另一端，二级电机转子28与二级电机定子27相嵌套安装，二级电机转子28与大臂5的一端连接，所述二级电机减速器29与二级电机转子28连接，所述二级电机减速器29和用于检测转子旋转角度的二级电机角度反馈电路30相接，所述用于检测转子旋转角度的二级电机角度反馈电路30与控制器13相连。

其中，所述的机械臂三级电机16包括三级电机定子31、三级电机转子32、三级电机减速器33和用于检测转子旋转角度的三级电机角度反馈电路34，所述三级电机定子31固定安装在大臂5的另一端，三级电机转子32与三级电机定子31相嵌套安装，三级电机转子32与小臂6的一端固定连接，所述三级电机减速器33与三级电机转子32连接，所述三级电机减速器33和用于检测转子旋转角度的三级电机角度反馈电路34相接，所述用于检测转子旋转角度的三级电机角度反馈电路34与控制器13相连。

其中，所述的机械臂四级电机17包括四级电机定子35、四级电机转子36、四级电机减速器37和用于检测转子旋转角度的四级电机角度反馈电路38，所述四级电机定子35固定安装在小臂6的另一端，四级电机转子36与四级电机定子35相嵌套安装，四级电机转子36与反射镜7的一端固定连接，所述四级电机减速器37与四级电机转子36连接，所述四级电机减速器37和用于检测转子旋转角度的四级电机角度反馈电路38相接，所述用于检测转子旋转角度的四级电机角度反馈电路38与控制器13相连。

如图6所示，所述的控制器13与激光发射装置19建立信号连接，所述的控制器13与摄像头20建立信号连接，所述控制器13与云台电机18建立信号连接，所述的控制器13与机械臂一级电机14建立信号连接，所述控制器13与机械臂二级电机15建立信号连接，所述控制器13与机械臂三级电机16建立信号连接，所述控制器13与机械臂四级电机17建立信号连接。

所述的一种可控激光光路的驱鸟无人机系统装置，其中，所述的控制器13通过云台电机18与云台电机角度反馈电路42建立信号连接，所述的控制器13发出信号给所述的云台电机角度反馈电路42，控制云台电机18以基准位置为中心均可顺时针或者逆时针旋转0～180°，进而云台电机18带动所述的激光发射装置19与所述的摄像头20旋转以基准位置为中心均可顺时针或者逆时针旋转0～180°。

所述的一种可控激光光路的驱鸟无人机系统装置，其中，所述的控制器13通过机械臂一级电机14与所述的一级电机角度反馈电路26建立信号连接，所述的控制器13发出信号给所述的一级电机角度反馈电路26，控制所述的机械臂一级电机14以基准位置为中心均可顺时针或者逆时针旋转0～180°。

所述的一种可控激光光路的驱鸟无人机系统装置，其中，所述的控制器13通过机械臂二级电机15与所述的二级电机角度反馈电路30建立信号连接，所述的控制器13发出信号给所述的二级电机角度反馈电路30，控制所述的机械臂二级电机15以基准位置为中心均可顺时针或者逆时针旋转0～90°。

所述的一种可控激光光路的驱鸟无人机系统装置，其中，所述的控制器13通过机械臂三级电机16与所述的三级电机角度反馈电路34建立信号连接，所述的控制器13发出信号给所述的三级电机角度反馈电路34，控制所述的机械臂三级电机16以基准位置为中心均可顺时针或者逆时针旋转0～180°。

所述的一种可控激光光路的驱鸟无人机系统装置，其中，所述的控制器13通过机械臂四级电机14与所述的四级电机角度反馈电路38建立信号连接，所述的控制器13发出信号给所述的四级电机角度反馈电路38，控制所述的机械臂四级电机14以基准位置为中心均可顺时针或者逆时针旋转0～90°。

所述的控制器13根据一级电机角度反馈电路26，二级电机角度反馈电路30，三级电机角度反馈电路34，四级电机角度反馈电路38反馈的机械臂一级电机14、机械臂二级电机15、机械臂三级电机16、机械臂四级电机17每个电机所处的旋转角度，以及机械臂2需要达到二维坐标，反射镜7所处的位置，所述的控制器13发出信号，同时通过一级电机角度反馈电路26控制机械臂一级电机14，通过二级电机角度反馈电路30控制机械臂二级电机15，通过三级电机角度反馈电路34控制机械臂三级电机16，通过四级电机角度反馈电路38控制机械臂四级电机17使得所述的机械臂2伸缩旋转，在一定区域自由运动，并使得机械臂2到达指定的二维坐标、反射镜7到达指定的旋转角度。

进一步地，所述的控制器13根据云台电机角度反馈电路42反馈的云台电机18所处的旋转角度，所述的控制器13发出信号控制云台电机18，使摄像头20-激光发射装置19达到指定旋转角度；

进一步的，所述的控制器13发出信号使激光发射装置19出射激光，经反射镜7反射，将反射光11发射到鸟巢及鸟类处进行驱鸟。

本发明实现的功能：本发明通过在无人机1的侧面安装可旋转伸缩的机械臂，并且可旋转伸缩的机械臂2上底座3、旋转台4、大臂5、小臂6和反射镜7相互之间通过电机相接，使得反射镜7可以在底座旋转台3、小臂4、大臂5的配合下调整反射镜7与入射光线10之间的角度，在控制器13的控制下云台电机18可以使得摄像头-激光发射装置12在0～180°转动，而云台电机18带动的摄像头20，拍摄无人机左前方，右前方，前方以及反射镜7上的画面，通过对画面进行识别分析，识别鸟巢及鸟类所处的角度和激光发射装置19、摄像头20的指向，然后将反射镜7与激光发射装置19和摄像头20之间的角度传输到控制器14，并通过运算得到机械臂2各级电机和云台电机18应旋转的角度，控制机械臂2的旋转台4、大臂5、小臂6、反射镜7以一定的次序到达所需位置，再控制激光发射装置19和摄像头20达到相应的位置，最后激光发射装置发射激光线，通过反射镜7进行驱鸟。

进一步的，进行驱鸟后鸟会移动位置，摄像头20拍摄无人机主体1左前方，右前方，前方以及反射镜7上的画面，通过对画面进行识别分析，识别鸟所处的位置和反射镜7之间的角度以及激光发射装置19和摄像头20指向的角度，然后把反射镜7所处的角度和激光发射装置19和摄像头20指向的角度传输到控制器13，判断是否需要通过反射镜7驱鸟，如果需要使用机械臂2和反射镜7驱鸟，并通过控制器13运算得到机械臂2各级电机和云台电机18应旋转的角度，当摄像头20捕捉到鸟窝时出射激光。控制机械臂2上的旋转台4、大臂5、小臂6、反射镜7以一定的次序到达所需位置，再控制激光发射装置19和摄像头20达到相应的位置，最后激光发射装置19发射激光线，进行驱鸟；如果不需要，直接通过控制器13运算得到云台电机18应旋转的角度，控制激光发射装置19和摄像头20达到相应的位置，最后激光发射装置19发射激光线，直接进行驱鸟。

本发明对无人机摄像头20画面识别，反射镜7中画面识别分析，结合机械臂2的角度调整配合、激光发射装置19的角度调整配合，可通过光路反射将激光线照射到摄像头20无法直接摄像到的部位，使无人机驱鸟时，对于摄像头20无法照射的部位，能够通过反射镜7的反射进行驱鸟，并跟踪拍摄-激光驱鸟，大大提高了驱鸟时对于隐蔽角落驱鸟效果，降低了对无人机激光发射装置的要求，有效的提高了激光线所能照射区域范围，不需要无人机变得更加小巧、绝缘性能更好以到达高电压鸟巢部位和有障碍物挡住摄像头的地方。

实施例二与实施例一的区别在于多自由度机械感知臂102相较于实施例一中多自由度机械臂2增加了鸟巢或鸟类位置感知和预定位功能，如图7与图8所示，所述的多自由度机械感知臂102包括机械臂底座二103、旋转台二104、大臂二105、小臂二106、反射镜二107、一级电机二1014、二级电机二1015、三级电机二1016、四级电机二1017。所述的机械臂底座二103安装在无人机上，所述的旋转台二104通过一级电机二1014安装在所述的机械臂底座二103上，所述的大臂二105通过二级电机二1015与所述的旋转台二104连接，所述的小臂二106通过三级电机二1016与所述的大臂二105连接，所述的反射镜二107通过四级电机二1017与所述的小臂二106连接。其中，所述的小臂二106靠近反射镜二107的一端安装有感知摄像头1020，所述的感知摄像头1020通过安装台二1021与小臂二106的一端连接，通过所述的感知摄像头1020可完成鸟窝或鸟类的预定位工作。

实施例三与实施例一的区别在于多自由度机械感知臂二302相较于实施例一中多自由度机械臂2不再承担改变光路的功能，而是直接承担成像和发射激光的功能，取消了反射镜结构，将原本安装于无人机机身框架上的摄像头-激光发射装置直接安装到机械臂端部，实现近距离的激光出射，相较于实施例一结构和控制更为简单，激光出射更加精确，但是整体空间限制较大。具体结构如图9所示，所述的多自由度机械感知臂二302包括机械臂底座三303、旋转台三304、大臂三305、小臂三306、一级电机三3014、二级电机三3015、三级电机三3016、四级电机三3017、安装台三3021、摄像头二3020、激光发射装置二3019。所述的机械臂底座三303安装在无人机上，所述的旋转台三304通过一级电机三3014安装在所述的机械臂底座三303上，所述的大臂三305通过二级电机三3015与所述的旋转台三304连接，所述的小臂三306通过三级电机三3016与所述的大臂三305连接，所述的安装台三3021通过四级电机三3017与小臂三306一端连接，所述的摄像头二3020和激光发射装置二3019与安装台三3021连接，所述的摄像头二3020和激光发射装置二3019联动。

实施例四与实施例一的区别在于多自由度机械感知臂三402相较于实施例一中多自由度机械臂2既承担改变光路的功能，又承担成像和发射激光的功能，反射镜结构和位置不变，将原本安装于无人机机身框架上的摄像头-激光发射装置直接安装到大臂四405上，可实现反射镜和摄像头-激光发射装置的联合控制，光路可控的变化范围更大，控制节点更精简。具体结构如图10所示，所述的多自由度机械感知臂三402包括机械臂底座四403、旋转台四404、大臂四405、小臂四406、反射镜四407、一级电机四4014、二级电机四4015、三级电机四4016、四级电机四4017、安装台四4021、摄像头三4020、激光发射装置三4019。所述的机械臂底座四403安装在无人机上，所述的旋转台四404通过一级电机四4014安装在所述的机械臂底座四403上，所述的大臂四405通过二级电机四4015与所述的旋转台四404连接，所述的摄像头三4020与激光发射装置三4019装置与安装台四4021连接，所述的安装台四4021通过云台电机二4018与大臂四405连接，所述的摄像头三4020与激光发射装置三4019联动，所述的小臂四406通过三级电机四4016与所述的大臂四405连接，所述的反射镜四407通过四级电机四4017与所述的小臂四406连接。

一种可控激光光路的驱鸟无人机控制方法，适用实施例一驱鸟无人机系统，包括如下步骤：

S1.通过远程操作控制无人机悬停在鸟窝驻扎的设备周围，通过控制器控制云台电机带动摄像头-激光发射装置转动，将摄像头-激光发射装置所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟窝或鸟类；

S2.若在摄像头-激光发射装置转动一周后未识别到鸟窝或鸟类，则通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置完成激光光路调整；

S3.当摄像头-激光发射装置中摄像头采集的反射镜中画面识别到鸟窝或鸟类，通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置将鸟窝或鸟类的影像移动至画面的特定位置，通过摄像头-激光发射装置出射激光，完成鸟类的驱逐和鸟窝的清扫。

如图11所示，其中，S2中所述的通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置完成激光光路调整具体可以为：

S4.控制摄像头-激光发射装置从初始位置开始每隔一个时间间隔t₁转动一定角度α，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历摄像头-激光发射装置的旋转角度；

S5.在每个时间间隔t₁内，控制机械臂将反射镜位置放置在摄像头-激光发射装置该时间间隔内的激光直线光路靠近光源侧的第一点，完成反射镜的坐标位置确认，在该坐标位置绕镜面中心轴从初始位置开始每隔一个时间间隔t₂转动一定角度β，当镜面在该坐标位置遍历角度β，将反射镜坐标位置调整至第二点，重复上述步骤，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历该段光路路径下的所有反射镜相对位置。

其中S4中所述的每隔一个时间间隔t₁转动一定角度α具体可以为：

摄像头-激光发射装置转动一定角度α所需时间t₁₁，控制器与摄像头及激光发射装置之间传输信号所需时间t₁₂，控制器识别图像时间t₁₃，t₁＝t₁₁+t₁₂+t₁₃,角度α依照摄像头-激光发射装置参数取值。

其中S5中所述的每隔一个时间间隔t₂转动一定角度β具体可以为：

时间间隔t₁＞t₂，角度β依照反射镜参数取值。

其中，能替代S5的另一种方式可以为：控制机械臂在其最大运动区域内从右到左，从上到下运动，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历机械臂最大运动区域。

如图12所示，上述的机械臂调整具体步骤为：

S61.机械臂最大活动范围为S，将所述的活动范围下S活动范围按照离感知摄像头最近最远两个点间连线，通过四个等分点最近点坐标即第一个点坐标(x₁,y₁)，第二个点坐标(x₁+Δx,y₁+Δy)，第三个点坐标(x₁+2Δx,y₁+2Δy)最远点坐标即第四个点坐标(x₁+3Δx,y₁+3Δy)，分为三个区域，每个区域S_i＝{(x_j,y_j)|x₁≤x_j≤x₁+iΔx,y₁≤y_j≤y₁+iΔy,i∈[1,3]且i为正整数}；

S62.机械臂在S₁＝{(x_j,y_j)|x₁≤x_j≤x₁+Δx,y₁≤y_j≤y₁+Δy}内从右到左，从上到下运动，反射镜随着机械臂的运动，机械臂每次运动(Δx/n,0)或(0,Δy/n)，总共n²个位置，在每个位置处通过机械臂四级电机在0～90°内旋转带动反射镜在0～90°内旋转来寻找鸟巢或鸟类的位置。其中，n根据无人机、电网等实际情况取值，n的取值可变化。将摄像头所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟巢或鸟类；若识别到鸟巢或鸟类的位置，直接跳至S65步骤，若未识别到鸟巢或鸟类的位置，则进行下一步。

S63.若在S62步骤中摄像头未识别到鸟巢或鸟类的位置，则进行下一步。则机械臂在S₂＝{(x_j,y_j)|x₁+Δx,≤x_j≤x₁+2Δx,y₁+Δy≤y_j≤y₁+2Δy}内从右到左，从上到下运动，摄像头随着机械臂的运动，每次运动(Δx/n,0)或(0,Δy/n)，总共n²个位置，在每个位置处通过机械臂四级电机在0～90°内旋转带动反射镜在0～90°内旋转来寻找鸟巢或鸟类的位置。其中，n根据无人机、电网等实际情况取值，n的取值可变化。将摄像头所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟巢或鸟类；若控制器识别到鸟巢或者鸟类的位置，直接跳至S65步骤，若控制器未识别到鸟巢或者鸟类的位置，则进行下一步。

S64.若在S63步骤中摄像头未识别到鸟巢或鸟类的位置，则机械臂在S₃＝{(x_j,y_j)|x₁+2Δx≤x_j≤x₁+3Δx,y₁+2Δx≤y_j≤y₁+3Δy}内从右到左，从上到下运动，摄摄像头随着机械臂的运动，每次运动(Δx/n,0)或(0,Δy/n)，总共n²个位置，在每个位置处通过机械臂四级电机在0～90°内旋转带动反射镜在0～90°内旋转来寻找鸟巢或鸟类的位置。其中，n根据无人机、电网等实际情况取值，n的取值可变化。将摄像头所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟窝或鸟类；若控制器识别到鸟巢或者鸟类的位置，直接跳至S65步骤，若控制器未识别到鸟巢或者鸟类的位置，则进行无人机机身自行调整位置继续进行S61步骤。

S65.当摄像头采集的画面识别到鸟窝或鸟类，通过激光发射装置出射激光，完成鸟类的驱逐和鸟窝的清扫。

一种可控激光光路的驱鸟无人机控制方法，适用实施例二驱鸟无人机系统，包括如下步骤：

S7.通过远程操作控制无人机悬停在鸟窝驻扎的设备周围，通过所述的多自由度机械感知臂上的感知摄像头完成鸟巢或鸟类的预定位；

S8.控制感知摄像头从初始位置开始每隔一个时间间隔t₃转动一定角度χ，在感知摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历所有旋转角度；

S9.当感知摄像头捕捉到鸟巢或鸟类图像时，通过预定位完成鸟巢或鸟类与感知摄像头的相对位置坐标获取，通过此刻机械感知臂的机械动作位置完成感知摄像头与摄像头-激光发射装置上摄像头的相对位置坐标获取；

S10.确定激光光路所需经过的目标点的坐标，确定通过反射镜所需要实现的激光光路路径，控制摄像头-激光发射装置和机械臂完成该项激光光路路径，以鸟巢或鸟类在感知摄像头中的直线成像光路坐标为基准，将激光光路与成像光路相交于鸟巢或鸟类的点上；

S11.通过摄像头-激光发射装置出射激光，完成鸟类的驱逐和鸟窝的清扫。

如图13所示，确定激光光路所需经过的目标点的坐标，具体可以为：

以摄像头-激光发射装置为原点，设感知摄像头捕捉到鸟巢或鸟类图像时感知摄像头相对摄像头-激光发射装置的坐标为(p₁,q₁)，在感知摄像头捕捉到鸟巢或鸟类图像时可测得鸟巢或鸟类相对感知摄像头的坐标为(Δp,Δq)，则获取到鸟巢或鸟类相对摄像头-激光发射装置的坐标(p₁+Δp,q₁+Δq)。

如图14所示，确定通过反射镜所需要实现的激光光路路径，具体可以为：

以摄像头-激光发射装置为原点，设经过后续动作后反射镜的坐标为(d₁,f₁)，反射镜的坐标即感知摄像头的坐标，根据反射镜坐标确定镜面相对x轴的倾斜角θ₁：

根据镜面反射原理可知，θ₂＝θ₃。

其中，

联立上述公式得

则确定通过反射镜所需要实现的激光光路路径包括如下步骤：

S12.调节机械臂和摄像头-激光发射装置，确定激光出射光路经过反射镜；

S13.获取此时反射镜得坐标(d₁,f₁)，则调节反射镜镜面相对x轴的倾斜角

更进一步地，若在感知摄像头捕捉到鸟巢或鸟类图像时激光出射光路经过反射镜则d₁＝p₁，f₁＝q₁，调节反射镜镜面相对x轴的倾斜角

其中，S10中所述的控制摄像头-激光发射装置和机械臂完成该项激光光路路径具体可以为：

驱鸟时，控制器根据反射镜所处的角度和激光发射装置、摄像头的指向，然后将反射镜与激光发射装置和摄像头之间的角度传输到控制器，并通过运算得到机械感知臂各级电机和云台电机应旋转的角度，控制机械感知臂的旋转台、大臂二、小臂二、反射镜二以一定的次序到达所需位置，再控制激光发射装置和摄像头达到相应的位置，最后激光发射装置发射激光，通过反射镜二进行驱鸟。

其中，适用于实施例一结构的控制方法是通过控制机械臂调整反射镜位置坐标与倾斜角度进而控制成像光路完成设备角落的鸟巢、鸟类及障碍物的识别，同步控制激光光路完成设备角落的鸟巢、鸟类及障碍物的清扫与驱赶，该结构结合以上方法使得无人机无需到达鸟类或鸟巢位置也可进行激光驱鸟，尤其是一些无人机这类电子设备无法飞入的高压区域，可以实现定点驱赶与清扫，针对性强、精确性高，有利于变电站的运维管控。

其中，适用于实施例二结构的控制方法在实施例一的基础上在机械臂上添加了预定位的功能，通过机械臂端点的识别完成机械臂的预定位功能，并通过坐标的计算转换完成机械臂和反射镜的路径计算，相较于适用于实施例一结构的控制方法，该方法省略了通过调整机械臂和反射镜寻找鸟类或鸟巢的过程，更加迅速准确地定位到鸟类或鸟巢，同时降低了机械臂的调整频次，削减整体无人机-机械臂系统动作，保持系统稳定，提高驱鸟效率。

以上实施例只展示了一种机械臂的结构但不仅限于该结构，不同的多机械臂结构均适用于本发明。

以上实施例只展示了两个机械臂的机械结构和其控制方法，本发明技术方案不仅限于设置两个机械臂，可设置若干机械臂完成激光路径的控制。

以上实施例只展示了机械臂上单个反射镜的机械结构和其控制方法，本发明技术方案不仅限于设置单个反射镜，可设置若干反射镜完成激光路径的控制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种可控激光光路的驱鸟无人机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.通过远程操作控制无人机悬停在鸟窝驻扎的设备周围，通过控制器控制云台电机带动摄像头-激光发射装置转动，将摄像头-激光发射装置所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟窝或鸟类；

S2.若在摄像头-激光发射装置转动一周后未识别到鸟窝或鸟类，则通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置完成激光光路调整；

S3.当摄像头-激光发射装置中摄像头采集的反射镜中画面识别到鸟窝或鸟类，通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置将鸟窝或鸟类的影像移动至画面的特定位置，通过摄像头-激光发射装置出射激光，完成鸟类的驱逐和鸟窝的清扫。

2.根据权利要求1所述的可控激光光路的驱鸟无人机控制方法，其特征在于S2中所述的通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置完成激光光路调整具体步骤如下：

S4.控制摄像头-激光发射装置从初始位置开始每隔一个时间间隔t₁转动一定角度α，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历摄像头-激光发射装置的旋转角度；

S5.在每个时间间隔t₁内，控制机械臂将反射镜位置放置在摄像头-激光发射装置该时间间隔内的激光直线光路靠近光源侧的第一点，完成反射镜的坐标位置确认，在该坐标位置绕镜面中心轴从初始位置开始每隔一个时间间隔t₂转动一定角度β，当镜面在该坐标位置遍历角度β，将反射镜坐标位置调整至第二点，重复上述步骤，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历该段光路路径下的所有反射镜相对位置。

3.根据权利要求2所述的可控激光光路的驱鸟无人机控制方法，其特征在于S4中所述的每隔一个时间间隔t₁转动一定角度α具体计算公式如下：

摄像头-激光发射装置转动一定角度α所需时间t₁₁，控制器与摄像头及激光发射装置之间传输信号所需时间t₁₂，控制器识别图像时间t₁₃，t₁＝t₁₁+t₁₂+t₁₃,角度α依照摄像头-激光发射装置参数取值。

4.根据权利要求1所述的可控激光光路的驱鸟无人机控制方法，其特征在于S2中所述的通过调整摄像头-激光发射装置的旋转角度和机械臂位置完成激光光路调整具体步骤如下：

S6.控制摄像头-激光发射装置从初始位置开始每隔一个时间间隔t₁转动一定角度α，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历摄像头-激光发射装置的旋转角度；

S7.控制机械臂在其最大运动区域内从右到左，从上到下运动，在摄像头采集到带有鸟窝或鸟类的图像之前一直保持上述运动直至遍历机械臂最大运动区域。

5.根据权利要求1所述的可控激光光路的驱鸟无人机控制方法，其特征在于S7中所述的控制机械臂的具体步骤如下：

S61.机械臂最大活动范围为S，将所述的活动范围下S活动范围按照离感知摄像头最近最远两个点间连线，通过四个等分点最近点坐标即第一个点坐标(x₁,y₁)，第二个点坐标(x₁+Δx,y₁+Δy)，第三个点坐标(x₁+2Δx,y₁+2Δy)最远点坐标即第四个点坐标(x₁+3Δx,y₁+3Δy)，分为三个区域，每个区域S_i＝{(x_j,y_j)|x₁≤x_j≤x₁+iΔx,y₁≤y_j≤y₁+iΔy,i∈[1,3]且i为正整数}；

S62.机械臂在S₁＝{(x_j,y_j)|x₁≤x_j≤x₁+Δx,y₁≤y_j≤y₁+Δy}内从右到左，从上到下运动，反射镜随着机械臂的运动，机械臂每次运动(Δx/n,0)或(0,Δy/n)，总共n²个位置，在每个位置处通过机械臂四级电机在0～90°内旋转带动反射镜在0～90°内旋转来寻找鸟巢或鸟类的位置。其中，n根据无人机、电网等实际情况取值，n的取值可变化。将摄像头所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟巢或鸟类；若识别到鸟巢或鸟类的位置，直接跳至S65步骤，若未识别到鸟巢或鸟类的位置，则进行下一步。

S63.若在S62步骤中摄像头未识别到鸟巢或鸟类的位置，则进行下一步。则机械臂在S₂＝{(x_j,y_j)|x₁+Δx,≤x_j≤x₁+2Δx,y₁+Δy≤y_j≤y₁+2Δy}内从右到左，从上到下运动，摄像头随着机械臂的运动，每次运动(Δx/n,0)或(0,Δy/n)，总共n²个位置，在每个位置处通过机械臂四级电机在0～90°内旋转带动反射镜在0～90°内旋转来寻找鸟巢或鸟类的位置。其中，n根据无人机、电网等实际情况取值，n的取值可变化。将摄像头所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟巢或鸟类；若控制器识别到鸟巢或者鸟类的位置，直接跳至S65步骤，若控制器未识别到鸟巢或者鸟类的位置，则进行下一步。

S64.若在S63步骤中摄像头未识别到鸟巢或鸟类的位置，则机械臂在S₃＝{(x_j,y_j)|x₁+2Δx≤x_j≤x₁+3Δx,y₁+2Δx≤y_j≤y₁+3Δy}内从右到左，从上到下运动，摄摄像头随着机械臂的运动，每次运动(Δx/n,0)或(0,Δy/n)，总共n²个位置，在每个位置处通过机械臂四级电机在0～90°内旋转带动反射镜在0～90°内旋转来寻找鸟巢或鸟类的位置。其中，n根据无人机、电网等实际情况取值，n的取值可变化。将摄像头所采集到的画面传输至控制器，通过控制器内置算法识别鸟窝或鸟类；若控制器识别到鸟巢或者鸟类的位置，直接跳至S65步骤，若控制器未识别到鸟巢或者鸟类的位置，则进行无人机机身自行调整位置继续进行S61步骤。

S65.当摄像头采集的画面识别到鸟窝或鸟类，通过激光发射装置出射激光，完成鸟类的驱逐和鸟窝的清扫。

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