CN112572707A - 一种海上风电智能巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上风电智能巡检系统，包括浮筒和无人机起降回收平台，所述浮筒的侧面固定安装有喷水推进装置，且喷水推进装置由喷水推进器和保护罩组成，所述浮筒上表面两侧分别通过前置减震装置和后置减震装置与甲板相互连接，且甲板的下表面固定安装有水下巡检装置，所述无人机起降回收平台固定安装在甲板的上表面中间位置，且无人机起降回收平台的上端对应设置有智能无人机。该海上风电智能巡检系统，采用新型的结构设计，使得本装置可以将智能无人机与无人船协同作业，扩大设备的检测范围，且无人船通过喷水推进结构自主运行，提高巡航效率，并且该装置中设置有抗风浪结构，提高无人船巡航过程中的相对稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，具体为一种海上风电智能巡检系统。
背景技术
风能是绿色的可再生能源，海上风能潜力巨大资源丰富，具有广阔的发展前景，然而大部分优质风资源都在环境恶劣、海况气候复杂的地区，因而运行状态的监测和维护便成了海上风电行业的重要课题，相较于陆上风电，海上风电整体运行维护成本较高，目前海上风机巡检主要依靠人工驾驶船舶来进行。
随着海上风机巡检船舶的不断检测使用，在使用过程中发现了下述问题：
1.现有的一些海上风机巡检船舶主要依靠人工驾驶，巡检成本高且效率低，难以满足长时间、大范围海上风场巡检的需要。
2.且单一依靠海上风机巡检船舶检测海上的风能，巡检的范围有限，整体巡检效果较差。
3.并且海上的风浪较大，在巡检的过程中，检测机构受到风浪的影响产生较大的晃动，设备之间相互碰撞影响其使用的稳定性。
所以需要针对上述问题设计一种海上风电智能巡检系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上风电智能巡检系统，以解决上述背景技术中提出现有的一些海上风机巡检船舶主要依靠人工驾驶，巡检成本高且效率低，难以满足长时间、大范围海上风场巡检的需要，且单一依靠海上风机巡检船舶检测海上的风能，巡检的范围有限，整体巡检效果较差，并且海上的风浪较大，在巡检的过程中，检测机构受到风浪的影响产生较大的晃动，设备之间相互碰撞影响其使用的稳定性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种海上风电智能巡检系统，包括浮筒和无人机起降回收平台，所述浮筒的侧面固定安装有喷水推进装置，且喷水推进装置由喷水推进器和保护罩组成，并且喷水推进器固定安装在保护罩的侧面，所述浮筒上表面两侧分别通过前置减震装置和后置减震装置与甲板相互连接，且甲板的下表面固定安装有水下巡检装置，并且甲板的上表面固定安装有环境感知和通信导航设备，所述无人机起降回收平台固定安装在甲板的上表面中间位置，且无人机起降回收平台的上端对应设置有智能无人机。
优选的，所述喷水推进装置与浮筒组成拆卸安装结构，且浮筒关于甲板中心对称设置有2个。
优选的，所述甲板通过前置减震装置和后置减震装置与浮筒组成升降结构，且前置减震装置和后置减震装置的两端均与浮筒和甲板铰接连接，并且前置减震装置和后置减震装置相互平行对应设置，同时前置减震装置下端与浮筒预留有倾斜夹角。
优选的，所述水下巡检装置由伸缩杆和水下探测吊舱组成，且水下探测吊舱通过伸缩杆与甲板组成升降结构，并且水下探测吊舱呈椭圆状结构。
优选的，所述环境感知和通信导航设备由桅杆、激光雷达、GPS、通信天线、毫米波雷达和摄像头等组成，且激光雷达和GPS并列安装在桅杆的上表面，并且毫米波雷达和摄像头上下对应安装在桅杆的内部。
优选的，所述无人机起降回收平台由停机坪、传感器、拉杆、舱门组成，且无人机起降回收平台与智能无人机组合安装。
优选的，所述智能无人机由双目视觉相机、单目视觉相机、三轴云台、视觉吊舱、避障雷达、无刷电机、螺旋桨和起降架组成，且单目视觉相机安装在智能无人机的下表面，并且双目视觉相机安装在智能无人机的前侧。
优选的，所述舱门通过拉杆与停机坪组成转动结构，且舱门截面呈“L”形结构。
优选的，所述螺旋桨与无刷电机组成转动结构，且无刷电机在智能无人机的侧面对称设置有4个。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该海上风电智能巡检系统，采用新型的结构设计，使得本装置可以便捷的自动化控制前进，操作便捷，巡航速度较快，且将无人机和无人船结合使用，扩大巡检范围，提高巡检的速度，同时铰接连接设置的减震结构可以提高巡检结构在检测过程中的稳定性，提高装置整体的巡检效果；
1.拆卸安装结构设置的浮筒和喷水推进装置，该部分结构可以在运行启动喷水推进装置自动化控制船舶运行，不需要人力操控运行，操作便捷，降低巡航过程中的人力劳动，并且喷水推进结构可以长时间控制船舶在海上航行，提高巡检效率，降低巡检成本；
2.采用无人机和无人船协同巡检的方式代替人工巡检模式，减少海上风电运维的人力物力，降低海上风机运维成本，通过无人机搭载的视觉吊舱，依托先进视觉识别跟踪技术，可实现海上风机叶片的全自动化巡检，无人船搭载的伸缩式水下探测吊舱优化了海上风机水下巡检方式，降低了水下巡检成本，无人机和无人船可以分开对海上和海下进行检测，扩大检测的范围；
3.铰接连接设置的前置减震装置和后置减震装置，无人船在巡航的过程中，受到海上风浪的影响，船舶产生一定的震动幅度，前置减震装置和后置减震装置可以缓冲甲板以及其上端安装的巡航结构受到的冲击力度，提高设备巡航过程中的稳定性。
附图说明
图1为本发明立面结构示意图；
图2为本发明侧面结构示意图；
图3为本发明正面结构示意图；
图4为本发明俯视结构示意图；
图5为本发明环境感知和通信导航设备立面结构示意图；
图6为本发明无人机起降回收平台立面结构示意图；
图7为本发明智能无人机正面结构示意图；
图8为本发明智能无人机立面结构示意图。
图中：1、浮筒；2、喷水推进装置；21、喷水推进器；22、保护罩；3、前置减震装置；4、后置减震装置；5、甲板；6、水下巡检装置；61、伸缩杆；62、水下探测吊舱；7、环境感知和通信导航设备；71、桅杆；72、激光雷达；73、GPS；74、通信天线；75、毫米波雷达；76、摄像头；8、无人机起降回收平台；81、停机坪；82、传感器；83、拉杆；84、舱门；9、智能无人机；91、双目视觉相机；92、单目视觉相机；93、三轴云台；94、视觉吊舱；95、避障雷达；96、无刷电机；97、螺旋桨；98、起降架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种海上风电智能巡检系统，包括浮筒1、喷水推进装置2、喷水推进器21、保护罩22、前置减震装置3、后置减震装置4、甲板5、水下巡检装置6、伸缩杆61、水下探测吊舱62、环境感知和通信导航设备7、桅杆71、激光雷达72、GPS73、通信天线74、毫米波雷达75、摄像头76、无人机起降回收平台8、停机坪81、传感器82、拉杆83、舱门84、智能无人机9、双目视觉相机91、单目视觉相机92、三轴云台93、视觉吊舱94、避障雷达95、无刷电机96、螺旋桨97和起降架98，浮筒1的侧面固定安装有喷水推进装置2，且喷水推进装置2由喷水推进器21和保护罩22组成，并且喷水推进器21固定安装在保护罩22的侧面，浮筒1上表面两侧分别通过前置减震装置3和后置减震装置4与甲板5相互连接，且甲板5的下表面固定安装有水下巡检装置6，并且甲板5的上表面固定安装有环境感知和通信导航设备7，无人机起降回收平台8固定安装在甲板5的上表面中间位置，且无人机起降回收平台8的上端对应设置有智能无人机9。
本例中喷水推进装置2与浮筒1组成拆卸安装结构，且浮筒1关于甲板5中心对称设置有2个，在使用无人船时，运行喷水推进器21进行驱动，浮筒1在驱动结构的推力作用下使得无人船整体向前移动，并且浮筒1内部设置有两节密闭水舱，船头形状为犀牛角状，便于浮筒1在海面上稳定的移动，无人船航行稳定；
甲板5通过前置减震装置3和后置减震装置4与浮筒1组成升降结构，且前置减震装置3和后置减震装置4的两端均与浮筒1和甲板5铰接连接，并且前置减震装置3和后置减震装置4相互平行对应设置，同时前置减震装置3下端与浮筒1预留有倾斜夹角，当无人船在海面上航行时，受到周边风浪环境的影响整体震动幅度较大，前置减震装置3和后置减震装置4在弹性弯曲的过程中可以缓冲部分震动力度，保持甲板5航行过程中的相对稳定性，同时甲板5上安装的巡航检测结构也相对稳定；
水下巡检装置6由伸缩杆61和水下探测吊舱62组成，且水下探测吊舱62通过伸缩杆61与甲板5组成升降结构，并且水下探测吊舱62呈椭圆状结，运行伸缩杆61控制水下探测吊舱62向下端移动，使得水下探测吊舱62深入到海水下一定的位置，水下探测吊舱62实时获取海上风机水下巡检信息并进行大数据分析，完成水下巡航检测工作；
环境感知和通信导航设备7由桅杆71、激光雷达72、GPS73、通信天线74、毫米波雷达75和摄像头76等组成，且激光雷达72和GPS73并列安装在桅杆71的上表面，并且毫米波雷达75和摄像头76上下对应安装在桅杆71的内部，在巡航检测的过程中，通信天线74主要用于信息传输和控制，毫米波雷达75和激光雷达72主要用于无人船航行时的自主避障，毫米波雷达75和激光雷达72用于感知到前侧障碍物的距离和大小等情况，控制无人船转向航行，避开障碍物继续巡检，提高自主巡航的安全性能；
无人机起降回收平台8由停机坪81、传感器82、拉杆83、舱门84组成，且无人机起降回收平台8与智能无人机9组合安装，该部分组成结构组成智能无人机9的起降平台以及不使用时的放置防护平台，将智能无人机9与无人船结合使用，便于对海上海下协同检测，扩大装置使用时的检测范围；
智能无人机9由双目视觉相机91、单目视觉相机92、三轴云台93、视觉吊舱94、避障雷达95、无刷电机96、螺旋桨97和起降架98组成，且单目视觉相机92安装在智能无人机9的下表面，并且双目视觉相机91安装在智能无人机9的前侧，该部分结构组成智能无人机9基本检测结构和环境监测结构，双目视觉相机91和避障雷达95对周边的飞行环境进感应检测，起着感知飞行避碰的作用，智能无人机9飞行时，螺旋桨97进行转动，飞行的过程中通过视觉吊舱94巡检风机叶片受损情况，配合无人船共同完成自动化巡检作业；
舱门84通过拉杆83与停机坪81组成转动结构，且舱门84截面呈“L”形结构，传感器82可以感知环境中的天气情况，如果检测环境适合智能无人机起飞运行，拉杆83控制舱门84向两侧转动打开，无人机起降回收平台8解锁，智能无人机9从停机坪81上向高空飞行，完成海上检测作业；
螺旋桨97与无刷电机96组成转动结构，且无刷电机96在智能无人机9的侧面对称设置有4个，无刷电机96运行控制螺旋桨97转动，螺旋桨97分布在智能无人机9的四角位置，便于较为稳定的控制智能无人机9的飞行状况。
工作原理：使用本装置时，首先根据图1-4中所示的结构，将该装置置于海面上，运行喷水推进器21驱动，喷水推进装置2将动力传递给浮筒1，使得浮筒1驱动无人船在海面上航行，浮筒1内部设置有两节密闭水舱，船头形状为犀牛角状，便于浮筒1在海面上稳定的移动（喷水推进装置2控制无人船自主航行，不需要人工驱动，省时省力，降低巡检的人工，并且可以使得无人船长时间进行海上作业，提高巡检的效率），无人船在海面上航行时，受到海上风浪的影响，无人船产生一定的震动，浮筒1前后方分别安装有前置减震装置3和后置减震装置4，通过前置减震装置3、后置减震装置4均与甲板5和浮筒1铰接连接，并且前置减震装置3与浮筒1安装预留有一定的夹角，夹角处安装连接有减震弹簧，在无人船受到震动时，前置减震装置3和后置减震装置4可以缓冲甲板5受到的震动力度，提高甲板5以及甲板5上安装的巡航结构使用时的稳定性，此设计可提高整个装置的抗风浪性能，便于无人船作业和智能无人机9进行稳定起降（智能无人机9不使用时通过无人机起降回收平台9存放在无人船中），该抗风浪结构可以辅助智能无人机9和无人船跨域协同作业；
随后，根据图1、图5-8中所示的结构，该设备在海上运行巡检时，通过伸缩杆61控制水下探测吊舱62向下移动，使得水下探测吊舱62深入到海水下一定的位置，水下探测吊舱62实时获取海上风机水下巡检信息并进行大数据分析，环境感知和通信导航设备7中通信天线74主要用于信息传输和控制，且毫米波雷达75和激光雷达72主要用于无人船航行时的自主避障，毫米波雷达75和激光雷达72感知到前侧障碍物的距离和大小等情况，控制无人船转向航行，避开障碍物继续巡检，提高自主巡航的安全性能，同时在无人船巡检的过程中还可以控制智能无人机9协同作业，无人机起降回收平台8中安装的传感器82可以感知环境中的天气情况，判断是否适合智能无人机9飞行，如果天气合适具备起飞条件，无人机起降回收平台8解锁，拉杆83牵引舱门84向两侧开启，智能无人机9从停机坪81上起飞，并且在飞行的过程中通过视觉吊舱94巡检风机叶片受损情况，配合无人船共同完成自动化巡检作业，在智能无人机9巡航过程中，双目视觉相机91和避障雷达95对周边的飞行环境进感应检测，起着感知飞行避碰的作用，提高智能无人机9飞行过程中的安全性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种海上风电智能巡检系统，包括浮筒（1）和无人机起降回收平台（8），其特征在于：所述浮筒（1）的侧面固定安装有喷水推进装置（2），且喷水推进装置（2）由喷水推进器（21）和保护罩（22）组成，并且喷水推进器（21）固定安装在保护罩（22）的侧面，所述浮筒（1）上表面两侧分别通过前置减震装置（3）和后置减震装置（4）与甲板（5）相互连接，且甲板（5）的下表面固定安装有水下巡检装置（6），并且甲板（5）的上表面固定安装有环境感知和通信导航设备（7），所述无人机起降回收平台（8）固定安装在甲板（5）的上表面中间位置，且无人机起降回收平台（8）的上端对应设置有智能无人机（9）。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电智能巡检系统，其特征在于：所述喷水推进装置（2）与浮筒（1）组成拆卸安装结构，且浮筒（1）关于甲板（5）中心对称设置有2个。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电智能巡检系统，其特征在于：所述甲板（5）通过前置减震装置（3）和后置减震装置（4）与浮筒（1）组成升降结构，且前置减震装置（3）和后置减震装置（4）的两端均与浮筒（1）和甲板（5）铰接连接，并且前置减震装置（3）和后置减震装置（4）相互平行对应设置，同时前置减震装置（3）下端与浮筒（1）预留有倾斜夹角。
4.根据权利要求1所述的一种海上风电智能巡检系统，其特征在于：所述水下巡检装置（6）由伸缩杆（61）和水下探测吊舱（62）组成，且水下探测吊舱（62）通过伸缩杆（61）与甲板（5）组成升降结构，并且水下探测吊舱（62）呈椭圆状结构。
5.根据权利要求1所述的一种海上风电智能巡检系统，其特征在于：所述环境感知和通信导航设备（7）由桅杆（71）、激光雷达（72）、GPS（73）、通信天线（74）、毫米波雷达（75）和摄像头（76）等组成，且激光雷达（72）和GPS（73）并列安装在桅杆（71）的上表面，并且毫米波雷达（75）和摄像头（76）上下对应安装在桅杆（71）的内部。
6.根据权利要求1所述的一种海上风电智能巡检系统，其特征在于：所述无人机起降回收平台（8）由停机坪（81）、传感器（82）、拉杆（83）、舱门（84）组成，且无人机起降回收平台（8）与智能无人机（9）组合安装。
7.根据权利要求1所述的一种海上风电智能巡检系统，其特征在于：所述智能无人机（9）由双目视觉相机（91）、单目视觉相机（92）、三轴云台（93）、视觉吊舱（94）、避障雷达（95）、无刷电机（96）、螺旋桨（97）和起降架（98）组成，且单目视觉相机（92）安装在智能无人机（9）的下表面，并且双目视觉相机（91）安装在智能无人机（9）的前侧。
8.根据权利要求6所述的一种海上风电智能巡检系统，其特征在于：所述舱门（84）通过拉杆（83）与停机坪（81）组成转动结构，且舱门（84）截面呈“L”形结构。
9.根据权利要求7所述的一种海上风电智能巡检系统，其特征在于：所述螺旋桨（97）与无刷电机（96）组成转动结构，且无刷电机（96）在智能无人机（9）的侧面对称设置有4个。
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