自主无人机巡检风机叶片系统及方法技术方案

本发明专利技术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及方法。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。所述方法包括：巡检启动；定位；无人机起飞寻找风机机头；图像数据处理并判断是否为风机机头；开启自动巡检模式；无人机沿风机叶片边缘飞行，对风机叶片进行拍摄，并将叶片图像数据传送至地面站；检修人员确认风机叶片是否存在故障，不能确认的传至专家端，由专家端进行判断分析；巡检结束。本发明专利技术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。

System and method for inspecting fan blade of autonomous unmanned aerial vehicle

The invention belongs to the technical field of wind power equipment detection, and relates to a system and a method for inspecting the fan blade of an autonomous uav. The system comprises a UAV for automatic inspection of wind turbine blades for parking; UAV inspection vehicle; used for receiving and processing the image data transmitted to the UAV, the UAV Ground Station Control; end station image data for expert judgment and Analysis on the ground. The method includes: Inspection start; positioning; UAV takeoff for wind machine; image data processing and determine whether the wind machine automatic inspection; open mode; UAV flight along the fan blade edge of the fan blade, and the blade will be shot, the image data is transmitted to the ground station maintenance personnel to confirm; the fan blade is faulty, can not confirm to the expert judgment analysis conducted by the end, end end inspection experts. The present invention has no need of maintenance personnel on-site control, can avoid collision accident, save human resources, and is easy to popularize and use.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风电设备检测
，涉及一种用于风电风机叶片的故障巡检系统及方法，尤其是一种自主无人机巡检风机叶片系统及方法。
技术介绍
现有技术中，在风电场的风机叶片的检修
，主要有以下三种检修方式：第一种：不做任何日常维护，事后进行维修；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。第二种：计划性定期巡检；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。第三种：人工操作无人机进行叶片巡检；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。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：(1)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：(1)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。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。
技术实现思路
本专利技术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及方法。本专利技术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：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。进一步地，所述定位模块为GPS模块。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。进一步地，所述地面站和专家端为无线连接。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。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：(1)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；(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；(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；(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)；(5)地面站控制无人机开启自动巡检模式；(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；(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；(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。进一步地，所述步骤(1)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。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。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，所述安全区域是指巡检车的后斗里。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。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述自主无人机巡检风机叶片系统及方法，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。本专利技术所述系统及方法节约人力资源，便于在各大风场推广使用。附图说明图1是本专利技术所述自主无人机巡检风机叶片系统的结构示意图；...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述系统的自主无人机巡检风机叶片的方法，其特征在
于，包括如下步骤：
(1)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；
(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；
(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；
(4)地面站对...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟永杰，赵海龙，王迪，刘金龙，张木柳，马博洋，米路，程海燕，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13