自主无人机巡检风机叶片系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于风电设备检测技术领域，涉及一种自主无人机巡检风机叶片系统。所述系统包括：用于对风机叶片进行自动巡检的无人机；用于停置无人机的巡检车；用于接收并处理无人机发送的图像数据，以控制无人机的地面站；用于对地面站的图像数据进行判断和分析的专家端。所述无人机和地面站为无线连接，所述地面站和专家端连接；所述无人机包括飞行控制模块，以及分别与所述飞行控制模块连接的图传模块、数传模块、避障模块、定位模块、叶片拍摄摄像机和巡迹摄像机。本实用新型无需检修人员现场操控、能避免撞机事故、节约人力资源、便于推广使用。
【专利说明】
自主无人机巡检风机叶片系统
技术领域
[0001]本实用新型属于风电设备检测技术领域，涉及一种用于风电风机叶片的故障巡检系统，尤其是一种自主无人机巡检风机叶片系统。
【背景技术】
[0002]现有技术中，在风电场的风机叶片的检修技术领域，主要有以下三种检修方式:
[0003]第一种:不做任何日常维护，事后进行维修；
[0004]这种运行方式普遍存在于中国国内管理相对落后的风电场，由于缺少设备和手段没有专业检修人员，该类风电场不对风机叶片进行巡检，在叶片出现明显故障引起检修人员注意后才采取相应的维修措施。此类方法存在明显问题，一是维修措施成本高，当一个叶片出现问题需更换时，必须同时更换同一台风机的三个叶片，一片维斯塔斯的叶片约30万元左右，更换一个叶片的时间为2至3天，耗费大量的人力、财力和时间。二是风电场的事故大多在盛风发电期，严重事故需要停止发电，给风电场带来巨大的经济损失。
[0005]第二种:计划性定期巡检；
[0006]目前风电行业就风机叶片的维护而言最常规的做法是每月对风机叶片进行人工巡检。传统的风机叶片人工巡检方式主要依靠巡检人员利用望远镜、高空绕行下降目测检查(蜘蛛人)、叶片维修平台检查等方式，仅凭借经验判断是否存在异常情况。这种模式不仅存在安全性差、工作量大、效率低等问题，而且受观测角度影响，不能全面及时地发现叶片存在的问题，并且风机设备仍有可能在设备检修间隔期发生故障。
[0007]第三种:人工操作无人机进行叶片巡检；
[0008]目前风电行业在技术比较先进的风场有人工操作无人机进行叶片巡检的方式，但此方式仍处于试验阶段，还不成熟，并且此方法仍存在诸多问题。一是操作无人机需要驾驶员具有高超的驾驶技巧和丰富的驾驶经验，这是风场检修人员所不具备的。二是由于检修人员操作原因或是外界因素影响，高转速的无人机桨叶很可能会打到风机叶片，后果十分严重，产生不必要的高额财产损失。三是由于检修人员操作技术限制不能对风机进行全方位拍摄。四是此方法需要检修人员时刻对无人机进行操作，依然需要大量的人力资源。五是由于此方法的技术限制不易于在中国国内进行全国风场大面积推广使用。
[0009]总之，随着风电市场的逐渐成熟，大型风力发电机组相继出现，叶片长度也由原来的30?40m增加至60?70m。风电机组的生命周期是20年，叶片长度的增长和叶片重量的增加给叶片的运行维护带来了挑战。现在传统的叶片巡检手段是望远镜观察和绳索垂降人工巡检。传统的叶片巡检有以下缺点:(I)巡检效率低，工人劳动强度大；(2)高空作业，巡检成本高；(3)巡检时间长，停机发电量损失大。比较先进的巡检手段有利用人工操作无人机近景拍摄，地面人员通过图像判断叶片是否出现故障，但此叶片巡检方式有以下缺点:(I)巡检效率不高，工人劳动强度大；(2)存在危险性，易造成撞击严重后果；(3)检修人员普遍缺少操作无人机该项技能，不利于在各风场推广使用。
[0010]因此，现在亟需一种几乎无需检修人员现场操控、能避免撞机事故、节约人力资源的同时便于在各大风场推广使用的无人机巡检技术。
【实用新型内容】
[0011]本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种无需检修人员现场操控、能避免撞机事故、节约人力资源的同时便于在各大风场推广使用的自主无人机巡检风机叶片系统。
[0012]本实用新型解决问题的技术方案是:自主无人机巡检风机叶片系统，包括:
[0013]用于对风机叶片进行自动巡检的无人机；
[0014]用于停置无人机的巡检车；
[0015]用于接收并处理无人机发送的图像数据，以控制无人机的地面站；
[0016]用于对地面站的图像数据进行判断和分析的专家端；
[0017]所述无人机和地面站为无线连接，所述地面站和专家端连接;所述无人机包括飞行控制模块，以及分别与所述飞行控制模块连接的图传模块、数传模块、避障模块、定位模块、叶片拍摄摄像机和巡迹摄像机。
[0018]进一步地，所述定位模块为GPS模块。
[0019]进一步地，所述巡检车设有后斗，所述无人机停置于巡检车的后斗里。
[0020]进一步地，所述地面站和专家端为无线连接。
[0021 ]进一步地，所述地面站包括第一计算机，所述专家端包括第二计算机。
[0022]—种基于所述系统的自主无人机巡检风机叶片的方法，包括如下步骤:
[0023](I)巡检启动:在地面站进行巡检任务一键启动操作，并将待巡检的风机机头的位置信息传送至无人机；
[0024](2)定位:无人机通过定位模块对待巡检的风机机头的位置进行定位；
[0025](3)无人机起飞寻找风机机头:无人机根据步骤(2)中的定位自动寻找风机机头，经巡迹摄像机拍摄图像后将巡迹图像数据发送至地面站；
[0026](4)地面站对接收到的巡迹图像数据进行处理，判断是否为风机机头;若判断是风机机头，进入步骤(5)，若判断不是风机机头，返回步骤(2);
[0027](5)地面站控制无人机开启自动巡检模式；
[0028](6)无人机沿风机叶片边缘飞行，同时叶片拍摄摄像机对风机叶片进行拍摄，拍摄得到的叶片图像数据经图传模块传送至地面站；
[0029](7)检修人员根据地面站接收到的叶片图像数据，确认风机叶片是否存在故障，对于不能确认的叶片图像数据，经地面站传送至专家端，由专家端进行判断和分析；
[0030](8)巡检结束，无人机依据定位模块的定位，自动飞回起点的巡检车的后斗里。
[0031]进一步地，所述步骤(I)中，待巡检的风机机头的位置信息经数传模块传送至无人机。
[0032]进一步地，所述步骤(3)、步骤(6)和步骤(8)中，在飞行过程中，所述无人机通过飞行控制模块控制飞行姿态。
[0033]进一步地，所述步骤(3)、步骤(6)和步骤(8)中，在飞行过程中，无人机通过避障模块检测前方阈值距离内是否存在障碍物，不存在则继续执行巡检任务;检测到障碍物时则立即向飞行控制模块发送指令，无人机将按原路线返回至安全区域，所述巡检车的后斗里。进一步地，所述步骤(6)中，所述叶片拍摄摄像机对风机叶片的前后两面各进行一次拍摄，保证风机叶片全部被拍摄到。
[0034]本实用新型的有益效果为:本实用新型所述自主无人机巡检风机叶片系统，通过在地面站设置一键启停功能，实现了高度自动化;在几乎没有检修人员操作的情况下，无人机独立完成巡检任务，并将图像信息传回地面站。在无人机巡检任务中具有障碍物检测功能，检测到有障碍物时无人机自动飞回安全区域。地面站接受的图像信息能进行放大判断，当发现可疑点时，能将图片放大对故障进行确认，对于不能确认的高清图像数据还能远传至专家端进行判断，通过软件平台汇总发送到专家端的叶片专家面前，由专家进行判断和分析，使得故障的诊断更加可靠，有效避免了人为因素的影响。图像数据将会长期存留，方便每次叶片巡检工作结束后与历史巡检数据进行对比，为叶片全寿命的跟踪机制提供宝贵数据。本实用新型所述系统节约人力资源，便于在各大风场推广使用。
【附图说明】
[0035]图1是本实用新型所述自主无人机巡检风机叶片系统的结构示意图；
[0036]图2是图1所示的无人机的结构示意图；
[0037]图3是基于图1所述系统的自主无人机巡检风机叶片的方法的流程示意图。
[0038]图中:1_风机叶片;2-地面站;3-无人机，31-飞行控制模块，32-图传模块，33-数传模块，34-避障模块，35-定位模块，36-叶片拍摄摄像机，37-巡迹摄像机;4-巡检车;5-专家端。
[0039]图中的箭头表示数据传输方向。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步的说明。
[0041]如图1-图3所示，自主无人机巡检风机叶片系统，包括:
[0042]用于对风机叶片I进行自动巡检的无人机3;
[0043]用于停置无人机3的巡检车4;
[0044]用于接收并处理无人机3发送的图像数据，以控制无人机3的地面站2;
[0045]用于对地面站2的图像数据进行判断和分析的专家端5;
[0046]所述无人机3和地面站2为无线连接，所述地面站2和专家端5连接;所述无人机3包括飞行控制模块31，以及分别与所述飞行控制模块31连接的图传模块32、数传模块33、避障丰旲块34、定位_旲块35、叶片拍摄摄像机36和巡迹摄像机37。
[0047]所述定位模块35为GPS模块。
[0048]所述巡检车4设有后斗，所述无人机3停置于巡检车4的后斗里。
[0049]所述地面站2和专家端5为无线连接。
[0050]所述地面站2包括第一计算机，所述专家端5包括第二计算机。
[0051 ] 一种基于所述系统的自主无人机巡检风机叶片的方法，包括如下步骤:
[0052](I)巡检启动:在地面站2进行巡检任务一键启动操作，并将待巡检的风机机头的位置信息传送至无人机3;
[0053](2)定位:无人机3通过定位模块35对待巡检的风机机头的位置进行定位；
[0054](3)无人机3起飞寻找风机机头:无人机3根据步骤(2)中的定位自动寻找风机机头，经巡迹摄像机37拍摄图像后将巡迹图像数据发送至地面站2;
[0055](4)地面站2对接收到的巡迹图像数据进行处理，判断是否为风机机头;若判断是风机机头，进入步骤(5)，若判断不是风机机头，返回步骤(2);
[0056](5)地面站2控制无人机3开启自动巡检模式；
[0057](6)无人机3沿风机叶片I边缘飞行，同时叶片拍摄摄像机36对风机叶片I进行拍摄，拍摄得到的叶片图像数据经图传模块32传送至地面站2;
[0058](7)检修人员根据地面站2接收到的叶片图像数据，确认风机叶片I是否存在故障，对于不能确认的叶片图像数据，经地面站2传送至专家端5，由专家端5进行判断和分析；
[0059](8)巡检结束，无人机3依据定位模块35的定位，自动飞回起点的巡检车4的后斗里。
[0060]所述步骤(I)中，待巡检的风机机头的位置信息经数传模块33传送至无人机3。
[0061]所述步骤(3)、步骤(6)和步骤(8)中，在飞行过程中，所述无人机3通过飞行控制模块31控制飞行姿态。
[0062]所述步骤(3)、步骤(6)和步骤(8)中，在飞行过程中，无人机3通过避障模块34检测前方阈值距离内是否存在障碍物，不存在则继续执行巡检任务;检测到障碍物时则立即向飞行控制模块31发送指令，无人机3将按原路线返回至安全区域，所述安全区域是指巡检车的后斗里。
[0063]所述步骤(6)中，所述叶片拍摄摄像机36对风机叶片I的前后两面各进行一次拍摄。
[0064]本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.自主无人机巡检风机叶片系统，其特征在于，包括: 用于对风机叶片进行自动巡检的无人机； 用于停置无人机的巡检车； 用于接收并处理无人机发送的图像数据，以控制无人机的地面站； 用于对地面站的图像数据进行判断和分析的专家端； 所述无人机和地面站为无线连接，所述地面站和专家端连接;所述无人机包括飞行控制模块，以及分别与所述飞行控制模块连接的图传模块、数传模块、避障模块、定位模块、叶片拍摄摄像机和巡迹摄像机。2.根据权利要求1所述的自主无人机巡检风机叶片系统，其特征在于，所述定位模块为GPS模块。3.根据权利要求1所述的自主无人机巡检风机叶片系统，其特征在于，所述巡检车设有后斗，所述无人机停置于巡检车的后斗里。4.根据权利要求1所述的自主无人机巡检风机叶片系统，其特征在于，所述地面站和专家端为无线连接。5.根据权利要求1所述的自主无人机巡检风机叶片系统，其特征在于，所述地面站包括第一计算机，所述专家端包括第二计算机。
【文档编号】G05D1/08GK205620817SQ201620352589
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】翟永杰, 赵海龙, 王迪, 刘金龙, 张木柳, 马博洋, 米路, 程海燕
【申请人】华北电力大学（保定）