本發(fā)明涉及智能巡檢機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、目前主要的驅(qū)鳥(niǎo)技術(shù)有形狀驅(qū)鳥(niǎo)、聲音驅(qū)鳥(niǎo)、超聲驅(qū)鳥(niǎo)和激光驅(qū)鳥(niǎo)。形狀驅(qū)鳥(niǎo)是利用鳥(niǎo)類(lèi)對(duì)天敵和人類(lèi)的本能恐懼，在農(nóng)田或果園中布置假人、彩帶、老鷹、防鳥(niǎo)刺等裝置，以達(dá)到驅(qū)趕鳥(niǎo)類(lèi)的目的。然而鳥(niǎo)類(lèi)容易對(duì)以上裝置產(chǎn)生適應(yīng)，因此形狀驅(qū)鳥(niǎo)的有效性較差。聲音驅(qū)鳥(niǎo)是通過(guò)發(fā)出特定頻率或節(jié)奏的聲音，模仿天敵叫聲或產(chǎn)生不悅噪音來(lái)驅(qū)趕鳥(niǎo)類(lèi)，由于噪音會(huì)同時(shí)影響人類(lèi)健康，所以聲音驅(qū)鳥(niǎo)通常只應(yīng)用于人口稀少的空曠地帶。超聲波驅(qū)鳥(niǎo)是利用16khz到25khz的超聲波信號(hào)刺激鳥(niǎo)類(lèi)的神經(jīng)系統(tǒng)和生理系統(tǒng)，通過(guò)不斷變化發(fā)射頻率使鳥(niǎo)類(lèi)受到驚嚇以實(shí)現(xiàn)驅(qū)離效果。激光驅(qū)鳥(niǎo)是通過(guò)發(fā)射一束波長(zhǎng)為532nm的綠色激光束照射鳥(niǎo)類(lèi)，當(dāng)鳥(niǎo)類(lèi)被移動(dòng)激光束照射時(shí)會(huì)受到驚嚇逃離。激光驅(qū)鳥(niǎo)器（又稱(chēng)驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)）一般內(nèi)置在云臺(tái)相機(jī)中，使用時(shí)需預(yù)設(shè)掃描路徑。由于云臺(tái)相機(jī)為固定式安裝，所以激光驅(qū)鳥(niǎo)器作用范圍受限于激光束的有效距離，環(huán)境中建筑物還存在遮擋激光的情況，對(duì)于機(jī)場(chǎng)、變電站等大型場(chǎng)地需在多角度部署設(shè)備才以實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。另外，激光驅(qū)鳥(niǎo)器利用了云臺(tái)相機(jī)的雙軸數(shù)字控制功能，但未有效利用云臺(tái)相機(jī)的圖像采集功能，缺乏智能識(shí)別和自動(dòng)驅(qū)鳥(niǎo)的能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，此機(jī)器人通過(guò)硬件和軟件的協(xié)同作用，可有效實(shí)現(xiàn)全地圖鳥(niǎo)類(lèi)實(shí)時(shí)檢測(cè)與驅(qū)離，為移動(dòng)式智能驅(qū)鳥(niǎo)提供有效解決方案。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)特征，本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，所述智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人由硬件部分和軟件部分組成，所述硬件部分包含主控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)底盤(pán)和驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)；

3、所述軟件部分包含檢測(cè)算法和控制策略，硬件部分中主控系統(tǒng)為運(yùn)動(dòng)底盤(pán)和驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)提供通信接口以實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制，軟件部分中檢測(cè)算法提供鳥(niǎo)類(lèi)目標(biāo)信息，控制策略根據(jù)檢測(cè)結(jié)果驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)底盤(pán)和驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)，發(fā)射激光和超聲對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)進(jìn)行驅(qū)離；

4、通過(guò)所述硬件部分和軟件部分的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)全地圖鳥(niǎo)類(lèi)實(shí)時(shí)檢測(cè)與驅(qū)離。

5、優(yōu)選的，所述主控系統(tǒng)采用jeston?orin?nx作為主控平臺(tái)，主控系統(tǒng)為運(yùn)動(dòng)底盤(pán)和驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)提供通信接口以實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制，同時(shí)為檢測(cè)算法和控制策略的實(shí)現(xiàn)提供算力。

6、優(yōu)選的，所述驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)通過(guò)rj-45網(wǎng)絡(luò)接口連接主控系統(tǒng)，支持onvif控制協(xié)議，分別搭載紅外相機(jī)模組、可見(jiàn)光相機(jī)模組、激光模組、第一超聲波模組和第二超聲模組，驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)能夠繞鉛垂軸0-360°旋轉(zhuǎn)和水平軸±90°旋轉(zhuǎn)，能夠在巡檢區(qū)域內(nèi)快速采集視頻流，當(dāng)可見(jiàn)光相機(jī)模組捕捉到鳥(niǎo)類(lèi)圖像時(shí)，通過(guò)主控系統(tǒng)的控制單元控制激光模組、第一超聲模組和第二超聲模組工作，使得激光模組、第一超聲模組和第二超聲模組朝向鳥(niǎo)類(lèi)方向發(fā)射激光束和超聲波達(dá)到驅(qū)鳥(niǎo)效果。

7、優(yōu)選的，所述運(yùn)動(dòng)底盤(pán)搭載stm32單片機(jī)、激光雷達(dá)和gnss模塊，?stm32單片機(jī)通過(guò)usb串口接收主控系統(tǒng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)向舵機(jī)、第二轉(zhuǎn)向舵機(jī)、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，配合主控系統(tǒng)的三維點(diǎn)云地圖和機(jī)器人位置信息實(shí)現(xiàn)全地圖無(wú)人駕駛。

8、優(yōu)選的，鳥(niǎo)類(lèi)檢測(cè)算法采用改進(jìn)的yolov5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，讀取所述可見(jiàn)光相機(jī)模組視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)推理，以判斷驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人巡檢區(qū)域內(nèi)是否存在鳥(niǎo)類(lèi)；通過(guò)集成tph模塊、超小目標(biāo)預(yù)測(cè)頭和cbam注意力機(jī)制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量密集排列的小體積鳥(niǎo)群進(jìn)行高精度識(shí)別。

9、優(yōu)選的，控制策略共包含四個(gè)同時(shí)執(zhí)行的線程：

10、（1）驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)巡檢線程：基于onvif控制協(xié)議驅(qū)動(dòng)驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)在繞鉛垂軸360°旋轉(zhuǎn)，可見(jiàn)光相機(jī)模組12采集驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人周?chē)h(huán)境視頻流；

11、（2）目標(biāo)檢測(cè)線程：yolov5網(wǎng)絡(luò)模型讀取可見(jiàn)光相機(jī)模組采集的視頻流實(shí)時(shí)推理，判斷環(huán)境中是否存在鳥(niǎo)類(lèi)，若發(fā)現(xiàn)鳥(niǎo)類(lèi)則將被檢測(cè)鳥(niǎo)類(lèi)的位置信息傳遞給pid控制線程并中斷驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)巡檢線程；

12、（3）pid控制線程：基于目標(biāo)檢測(cè)線程的位置信息，計(jì)算出驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)圖像中心到被檢測(cè)鳥(niǎo)類(lèi)目標(biāo)中心誤差，基于onvif控制協(xié)議驅(qū)動(dòng)驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)運(yùn)動(dòng)到被檢測(cè)鳥(niǎo)類(lèi)目標(biāo)中心；

13、（4）鳥(niǎo)類(lèi)驅(qū)離線程：接收目標(biāo)檢測(cè)線程檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)打開(kāi)激光模組、第一超聲模組和第二超聲模組驅(qū)離被測(cè)鳥(niǎo)類(lèi)。

14、優(yōu)選的，驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)巡檢線程中驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)繞鉛垂軸每旋轉(zhuǎn)20度暫停1秒，以保證可見(jiàn)光相機(jī)模組能獲取清晰的視頻流。

15、優(yōu)選的，目標(biāo)檢測(cè)線程中鳥(niǎo)類(lèi)邊界框被放大到1.2倍，為后續(xù)pid控制線程的鳥(niǎo)類(lèi)目標(biāo)跟蹤提供一定的許用誤差。

16、優(yōu)選的，驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)可見(jiàn)光相機(jī)視頻流圖像高為 h，寬 w，預(yù)測(cè)框左上角坐標(biāo)為( x1 , y1)，左上角坐標(biāo)為( x2 ,y2)，pid控制的目標(biāo)值為圖像中心點(diǎn)坐標(biāo)()，既可計(jì)算出預(yù)測(cè)框中心點(diǎn)到圖像中心點(diǎn)的誤差值為：

17、；

18、；

19、其中，分別為預(yù)測(cè)框中心點(diǎn)到圖像中心點(diǎn)的水平誤差值和豎直誤差值；

20、根據(jù)pid計(jì)算公式即可計(jì)算出控制量；

21、；

22、其中，為pid控制算法輸出控制量，為鳥(niǎo)類(lèi)目標(biāo)與視頻中心的誤差，為比例控制系數(shù)，為積分控制系數(shù)，為微分控制系數(shù)。

23、優(yōu)選的，pid控制線程中初始pid參數(shù)分別為=0.1,=0.1,=0.1，基于目標(biāo)檢測(cè)線程的位置信息，計(jì)算放大1.2倍的鳥(niǎo)類(lèi)邊界框在畫(huà)面中占比，根據(jù)識(shí)別框在畫(huà)面中的占比，動(dòng)態(tài)調(diào)整pid參數(shù)；

24、（1）當(dāng)識(shí)別框面積占畫(huà)面比例低于10%時(shí)，增加pid的參數(shù)增加50%；

25、（2）當(dāng)識(shí)別框面積占畫(huà)面比例介于10%至30%之間時(shí)，保持當(dāng)前的pid參數(shù)不變；

26、（3）當(dāng)識(shí)別框面積占畫(huà)面比例超過(guò)30%時(shí)，減少pid的參數(shù)減少40%，增加積分參數(shù)至增加50%。

27、本發(fā)明有如下有益效果：

28、本發(fā)明通過(guò)硬件和軟件的協(xié)同作用，可有效實(shí)現(xiàn)全地圖鳥(niǎo)類(lèi)實(shí)時(shí)檢測(cè)與驅(qū)離，為移動(dòng)式智能驅(qū)鳥(niǎo)提供有效解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，其特征在于，所述智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人由硬件部分和軟件部分組成，所述硬件部分包含主控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)底盤(pán)和驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，其特征在于：所述主控系統(tǒng)采用jestonorin?nx作為主控平臺(tái)，主控系統(tǒng)為運(yùn)動(dòng)底盤(pán)和驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)提供通信接口以實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制，同時(shí)為檢測(cè)算法和控制策略的實(shí)現(xiàn)提供算力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，其特征在于：所述驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)通過(guò)rj-45網(wǎng)絡(luò)接口連接主控系統(tǒng)，支持onvif控制協(xié)議，分別搭載紅外相機(jī)模組、可見(jiàn)光相機(jī)模組、激光模組、第一超聲波模組和第二超聲模組，驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)能夠繞鉛垂軸0-360°旋轉(zhuǎn)和水平軸±90°旋轉(zhuǎn)，能夠在巡檢區(qū)域內(nèi)快速采集視頻流，當(dāng)可見(jiàn)光相機(jī)模組捕捉到鳥(niǎo)類(lèi)圖像時(shí)，通過(guò)主控系統(tǒng)的控制單元控制激光模組、第一超聲模組和第二超聲模組工作，使得激光模組、第一超聲模組和第二超聲模組朝向鳥(niǎo)類(lèi)方向發(fā)射激光束和超聲波達(dá)到驅(qū)鳥(niǎo)效果。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，其特征在于：所述運(yùn)動(dòng)底盤(pán)搭載stm32單片機(jī)、激光雷達(dá)和gnss模塊，?stm32單片機(jī)通過(guò)usb串口接收主控系統(tǒng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)向舵機(jī)、第二轉(zhuǎn)向舵機(jī)、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，配合主控系統(tǒng)的三維點(diǎn)云地圖和機(jī)器人位置信息實(shí)現(xiàn)全地圖無(wú)人駕駛。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，其特征在于：鳥(niǎo)類(lèi)檢測(cè)算法采用改進(jìn)的yolov5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，讀取所述可見(jiàn)光相機(jī)模組視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)推理，以判斷驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人巡檢區(qū)域內(nèi)是否存在鳥(niǎo)類(lèi)；通過(guò)集成tph模塊、超小目標(biāo)預(yù)測(cè)頭和cbam注意力機(jī)制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量密集排列的小體積鳥(niǎo)群進(jìn)行高精度識(shí)別。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，其特征在于：控制策略共包含四個(gè)同時(shí)執(zhí)行的線程：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，其特征在于：驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)巡檢線程中驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)繞鉛垂軸每旋轉(zhuǎn)20度暫停1秒，以保證可見(jiàn)光相機(jī)模組能獲取清晰的視頻流。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，其特征在于：目標(biāo)檢測(cè)線程中鳥(niǎo)類(lèi)邊界框被放大到1.2倍，為后續(xù)pid控制線程的鳥(niǎo)類(lèi)目標(biāo)跟蹤提供一定的許用誤差。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，其特征在于：驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)可見(jiàn)光相機(jī)視頻流圖像高為h，寬w，預(yù)測(cè)框左上角坐標(biāo)為(x1,y1)，左上角坐標(biāo)為(x2,y2)，pid控制的目標(biāo)值為圖像中心點(diǎn)坐標(biāo)()，既可計(jì)算出預(yù)測(cè)框中心點(diǎn)到圖像中心點(diǎn)的誤差值為：

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，其特征在于：pid控制線程中初始pid參數(shù)分別為=0.1,=0.1,=0.1，基于目標(biāo)檢測(cè)線程的位置信息，計(jì)算放大1.2倍的鳥(niǎo)類(lèi)邊界框在畫(huà)面中占比，根據(jù)識(shí)別框在畫(huà)面中的占比，動(dòng)態(tài)調(diào)整pid參數(shù)；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人，涉及巡檢機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，包括：智能驅(qū)鳥(niǎo)機(jī)器人硬件部分和軟件部分，硬件部分包含主控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)底盤(pán)和驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)，軟件部分包含檢測(cè)算法和控制策略。硬件中主控系統(tǒng)為運(yùn)動(dòng)底盤(pán)和驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)提供通信接口以實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制，軟件中檢測(cè)算法提供鳥(niǎo)類(lèi)目標(biāo)信息，控制策略根據(jù)檢測(cè)結(jié)果驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)底盤(pán)和驅(qū)鳥(niǎo)云臺(tái)，發(fā)射激光和超聲對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)進(jìn)行驅(qū)離。通過(guò)硬件和軟件的協(xié)同作用，可有效實(shí)現(xiàn)全地圖鳥(niǎo)類(lèi)實(shí)時(shí)檢測(cè)與驅(qū)離，為移動(dòng)式智能驅(qū)鳥(niǎo)提供有效解決方案。

技術(shù)研發(fā)人員：付君健,孟令盼,孟泓宇,蒙永根
受保護(hù)的技術(shù)使用者：三峽大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17