风电叶片巡检用无人机的制作方法

1.本发明涉及风力发电领域，特别是一种风电叶片巡检用无人机。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展和进步，无人机的制作和研发得到了飞速的发展，而大型风电机组的出现使得无人机的工作性能更加稳定和安全，风电市场的发展导致风电机组中使用的叶片数量和长度与之前相比有较大的提升，传统的人力检验模式已很难执行有效的巡检检测。一般来说，传统模式下，风机叶片巡检需要人工配合吊篮或者高倍望远镜，用肉眼识别叶片上的裂缝，这种方法耗时耗力，且识别准确率较低。目前已有厂商研制出采用无人机方式进行风电叶片巡检的技术方案，但是，目前大多方案都是采用既定的巡检路线，控制无人机对叶片区域进行图像采集，而后针对采集的图像进行拼接和图像识别处理。然而，由于风电叶片的实际覆盖范围较大，因此这种方式获得的拼接图像往往无法准确的反应叶片的具体信息，且在发现叶片缺陷时，也不能非常精确的对缺陷进行定位。


技术实现要素：

3.鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的一个方面的目的在于提供一种风电叶片巡检用无人机，该无人机可通过多个编队方式，一次性对风电叶片区域进行既定悬停位置的图像采集，无需设定巡检路线，因此相对来说，不涉及图像拼接，可对风电叶片的缺陷进行相对准确的还原和定位。
4.为了实现上述目的，本发明一个方面提供的风电叶片巡检用无人机，包括机体和设置在所述机体上的起落架、图像采集装置以及控制盒，所述控制盒内上方设置有超声波发生器，所述控制盒内设置有控制板，所述控制板上至少设置有第一时钟同步单元和第一通讯单元，所述第一通讯单元配置为与控制主机通讯连接，所述控制主机至少包括采集控制单元、高度控制单元、三维重建单元和第二时钟同步单元，所述采集控制单元配置为控制多个无人机起飞并以预设高度悬停于风电叶片区域的四周以进行图像采集，所述图像采集装置为一高清摄像头，其配置为在预设高度采集风电叶片的图像信息，所述高度控制单元配置为控制多个无人机的悬停高度，所述三维重建单元配置为基于多个所述无人机采集的所述图像信息进行风电叶片的三维重建，所述第二时钟同步单元配置为与所述第一时钟同步单元通讯并进行时间校准。
5.作为优选，对应于悬停地所述无人机的地面上，还设置有定位装置，所述定位装置以风电机组的塔筒为中心点成中心对称排列。
6.作为优选，所述定位装置包括多个结构相同的地面定位机构，每个所述地面定位机构构造为一超声波接收器，其配置为接收所述超声波发生器发出的超声波，所述高度控制单元配置为根据所述超声波发生器发出超声波的第一时刻及所述地面定位机构收到超声波的第二时刻的间隔时间，判断所述无人机是否达到预设高度。
7.作为优选，所述地面定位机构的底部设置有底座。
8.作为优选，所述地面定位机构等间距设置于风电机组塔筒的四周，所述风电机组塔筒的底部设置有定位套筒，所述定位套筒与所述地面定位机构之间设置有第一定位杆。
9.作为优选，相邻两个所述地面定位机构之间设置有第一连接杆。
10.作为优选，所述底座与所述定位套筒之间设置有第二定位杆。
11.作为优选，两个相邻的所述底座之间，设置有第二连接杆。
12.作为优选，所述地面定位机构与所述定位套筒之间还设置有斜向支撑杆。
13.作为优选，所述定位套筒由多个套筒单元拼接构成。
14.本发明提供的风电叶片巡检用无人机，可通过一台控制主机对编组飞行的多个无人机进行垂直升降控制，并使每个无人机均悬停在同一高度进行图像采集，采集的图像信息进而通过常规的三维重建技术进行风电叶片的三维重建，从而更准确的还原出风电叶片缺损位置，以便进行后续的维修作业。
附图说明
15.图1为本发明的风电叶片巡检用无人机在检测风电叶片时的工作状态示意图。
16.图2为本发明的风电叶片巡检用无人机的结构示意图。
17.图3为本发明的风电叶片巡检用无人机的高度控制单元的模块构成示意图。
18.图4为本发明的风电叶片巡检用无人机的控制原理示意图。
19.图中：100-风电机组；101-风电叶片；200-无人机；201-超声波发生器；202-机体；203-螺旋桨组件；204-控制盒；205-起落架；206-第一时钟同步单元；300-定位装置；301-定位套筒；302-第一定位杆；303-第一连接杆；304-第二定位杆；305-第二连接杆；306-地面定位机构；3061-底座；400-第二无人机；500-第三无人机；600-控制主机；601-采集控制单元；602-高度控制单元；603-三维重建单元；604-第二时钟同步单元。
具体实施方式
20.为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
21.此处参考附图描述本发明的各种方案以及特征。
22.通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。
23.还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
24.当结合附图时，鉴于以下详细说明，本发明的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
25.如图2和图3所示，本发明一个实施例提供的本发明一个方面提供的风电叶片巡检用无人机，包括机体202和设置在所述机体202上的起落架205、图像采集装置（图中未示出）以及控制盒204，在本发明中，图像采集装置可采用常规的高清摄像头实现，而所述控制盒204内设置有控制板，该控制板也可以采用常见的单片机或开发板实现，例如树莓派。其中所述控制盒204的上方设置有超声波发生器201，所述控制板上至少设置有第一时钟同步单
元206和第一通讯单元（图中未标注），所述第一通讯单元可具体为蓝牙模块，其配置为与控制主机600通讯连接，所述控制主机至少包括采集控制单元601、高度控制单元602、三维重建单元603和第二时钟同步单元604，所述采集控制单元配置为控制多个无人机起飞并以预设高度悬停于风电叶片区域的四周以进行图像采集，所述图像采集装置配置为在预设高度采集风电叶片的图像信息，所述高度控制单元602配置为控制多个无人机的悬停高度，所述三维重建单元603配置为基于多个所述无人机采集的所述图像信息进行风电叶片的三维重建，所述第二时钟同步单元604配置为与所述第一时钟同步单元206通讯并进行时间校准。具体地，可参照图1和图4所示，风电机组100的风电叶片101四周，布置有编组飞行的第一无人机200、第二无人机400和第三无人机500，在本发明中，第一无人机200、第二无人机400和第三无人机500结构相同，并不需要规划飞行路线，而是同时受控于控制主机600进行上升或下降，因此可避免无人机沿巡检路线飞行过程中采集的多副图像进行拼接式可能造成的误差问题。并且如果无人机仅涉及升降控制的话，相对来说，技术研发成本较低，易于大规模事实。具体地，在编组飞行的多个无人机实现升降控制时，可通过超声波发生器201向地面发送超声波，并根据反射的超声波确定无人机的当前高度。
26.单纯基于无人机上的超声波发生器发送超声波，并通过回波判断当前高度，这是相对成熟的测距方式，但是，在适用于本发明时，由于地面平整度条件是不确定的，因此，很难实现准确的高度定位。尤其是，针对多个无人机的情况，这种误差将导致多个无人机无法处于同一悬停高度。因此，在一些改进方案中，如图1所示，作为优选，对应于悬停地所述无人机的地面上，还设置有定位装置300，所述定位装置300以风电机组100的塔筒（图中未标注）为中心点成中心对称排列。具体来说，作为优选，所述定位装置300包括多个结构相同的地面定位机构306，每个所述地面定位机构306构造为一超声波接收器，其配置为接收所述超声波发生器201发出的超声波，所述高度控制单元602配置为根据所述超声波发生器201发出超声波的第一时刻及所述地面定位机构306收到超声波的第二时刻的间隔时间，判断所述无人机是否达到预设高度。如果是，则由高度控制单元602控制多个无人机同时悬停，此时，采集控制单元601可控制无人机的图像采集装置进行悬停位置的图像采集。进而采集的图像信息可通过三维重建单元603对多个无人机采集的图像信息进行三维重建，以此获得风电叶片的三维图像信息，巡检人员可根据重建的风电叶片的三维模型进行缺陷筛查。
27.另如图1所示，所述地面定位机构306的底部设置有底座3061以方便固定。但实际上，对于设置在地面起定位作用的地面定位机构306来说，除了与地面相对稳定的固定之外，更为重要的是分别对应于不同的无人机的多个地面定位机构306的相对位置关系，这直接导致了控制主机600确定无人机位置的精确程度。因此，在一些实施例中，作为优选，所述地面定位机构306等间距设置于风电机组塔筒的四周，所述风电机组塔筒的底部设置有定位套筒301，所述定位套筒301在一些改进方案中可由多个套筒单元拼接构成。且所述定位套筒301与所述地面定位机构306之间设置有第一定位杆302。在本发明这一实施例中，编组的无人机设置有3个，因此对应于3个无人机的地面定位机构306也设置有3个，为了确保其相对位置固定，上述第一定位杆302被设计为等长，以保证每个地面定位机构306距离塔筒的距离相同，也即每个地面定位机构306分布在以塔筒底部为中心的同一个圆弧上。当然，更优选地，多个地面定位机构306均匀分布。作为更进一步地改进，相邻两个所述地面定位机构306之间设置有第一连接杆303。第一连接杆303可进一步确保每个地面定位机构306之
间位置固定。
28.基于类似的考虑，在另一些实施例中，作为改进，如图1所示，所述底座3061与所述定位套筒301之间设置有第二定位杆305。两个相邻的所述底座3061之间，设置有第二连接杆305。
29.另外，为了增加支撑强度，作为优选，所述地面定位机构306与所述定位套筒301之间还设置有斜向支撑杆（图中未标注）。
30.以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。