本发明涉及风力发电技术领域，特别地，涉及一种风机塔筒机器人。
背景技术：
风力发电作为一种可再生的清洁能源，近年来得到了世界各国的大力推广。风力发电机作为风力发电系统中的主要设备，对风电机组的维护、塔筒的清洁以及对风机叶片的检测显得越来越重要。目前，针对风力发电机的塔筒等钢铁结构的高处清洁和检查等工作通常是由蜘蛛人或者吊篮载人来操作的，劳动强度大，施工周期长，维护成本高，且存在很大的安全隐患。
为此，攀爬机器人的产生显得尤为重要，现有的攀爬机器人通常采用履带行走实现爬行，存在机器体积大、自重大，而且转向困难的问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种风机塔筒机器人，用以解决现有的攀爬机器人存在的机器体积大、自重大，而且转向困难的问题。
为了解决上述问题，一方面提供了一种风机塔筒机器人，包括：
本体，包括由两平行设置的横向气缸和搭设在所述横向气缸上方的至少一根纵向气缸围成的仿生足底结构，所述横向气缸的一端底面设有第一滑块，所述第一滑块上和所述横向气缸的另一端分别设有用于产生吸附力的开关磁力座，所述开关磁力座的上端面连接可带动其沿高度方向伸缩的推拉缸；
旋转气缸，设置在所述开关磁力座的一侧面上且其转轴插入所述开关磁力座内，
万向轮，用于带动所述本体沿塔筒壁运动且并排设置在所述开关磁力座的一侧；
控制中心，分别与所述旋转气缸上的电磁阀和所述推拉缸相连接，控制所述横向气缸和所述纵向气缸实现横向、纵向或锥面转向动作。
进一步的，所述第一滑块上及所述横向气缸另一端的外端面上分别固定有l型支腿，所述开关磁力座通过所述推拉缸固定在所述l型支腿的外侧面上，所述万向轮固定在所述l型支腿的上端面上。
进一步的，所述纵向气缸为一根或两根，使得所述本体呈工字形或井字形。
进一步的，所述纵向气缸包括固定端和滑动端，通过所述固定端与所述横向气缸固定连接，所述滑动端的底面上设有第二滑块，并通过所述滑动端滑动设置在所述横向气缸上方。
进一步的，所述纵向气缸的固定端外侧面设有固定板，与所述固定端相对应的所述横向气缸的外侧面滑动卡装有第一滑板，所述固定板与所述第一滑板之间固定连接。
进一步的，与所述滑动端相对应的所述横向气缸的外侧面和内侧面上分别滑动卡装有第二滑板，所述第二滑块坐设在两个所述第二滑板上，且分别与两个所述第二滑板固定连接。
进一步的，所述第一滑板和所述第二滑板均包括纵向设置的板体，所述板体的外侧面下端向外凸出有连接部，所述板体的内侧面上分别凸出有两个相对倾斜设置的卡装条，所述横向气缸上设有与所述卡装条相对应的卡装滑槽。
进一步的，所述开关磁力座侧面中部开有贯穿的通孔，所述旋转气缸与所述开关磁力座固定且所述转轴垂直插入所述通孔内，所述旋转气缸内嵌装有六方永磁体。
进一步的，所述第一滑块和所述第二滑块均包括支撑部和设置在所述支撑部下方的滑动部，所述支撑部和所述滑动部之间通过连接条固定连接。
进一步的，所述横向气缸和所述纵向气缸的内部均开有供所述滑动部滑动运动的安装空间，所述横向气缸和所述纵向气缸的底面中部开有与所述连接条相适配的滑动卡槽。
与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有以下优点或有益效果：
本发明实施例提供的风机塔筒机器人，通过开关磁力座作为抓紧装置，吸附在风机塔筒上，并固定在工作位置展开功能性工作，利用无杆气缸仿生动物爬行原理进行上下左右的移动，纵向气缸实现垂直行走功能，两条横向气缸实现横向行走，同时横向气缸和纵向气缸在控制中心控制下还能够实现锥面转向行走，达到去往塔筒或其他可吸附物体的任意位置的目的，结构简单、紧凑，大大降低了机器人的自身重量，使得工作时候灵活方便，便于转向，通过控制中心发送指令实现工作，全程自动化工作，完全替代了人力，也有效避免了人力工作过程中的安全隐患、周期长、效率低等问题，具有非常实用的价值。
附图说明
图1是本发明风机塔筒机器人实施例一的结构示意图；
图2是本发明风机塔筒机器人实施例一倒置后纵向气缸固定端一侧的结构示意图；
图3是本发明风机塔筒机器人实施例一倒置后纵向气缸滑动端一侧的结构示意图；
图4是本发明风机塔筒机器人实施例二的结构示意图；
图5是本发明中第一（二）滑板的结构示意图；
图6是本发明中第一（二）滑块的结构示意图。
其中，10-横向气缸；11-l型支腿；20-纵向气缸；21-固定板；30-开关磁力座；31-旋转气缸；32-万向轮；33-推拉缸；34-六方永磁体；35-铝板；40-第一滑块；41-支撑部；42-滑动部；43-连接条；50-第二滑块；51-支撑部；52-滑动部；53-连接条；54-垫板；60-第一滑板；61-板体；62-连接部；63-卡装条；70-第二滑板；71-板体；72-连接部；73-卡装条；80-安装板；90-控制中心。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参看图1，为本发明风机塔筒机器人的结构示意图。
本发明实施例中的风机塔筒机器人，包括由两平行设置的横向气缸10和至少一根纵向气缸20围成的仿生足底结构的本体，其中两根横向气缸10和纵向气缸20均采用无杆气缸，作为机器人的腿，纵向气缸20为一根或两根，使得本体呈工字形或井字形。当呈井字形时，仿生四足动物爬行原理进行上下左右的移动，当呈工字形时，同样能够实现上下左右的移动，且重量大大减轻。
横向气缸10和纵向气缸20均连接气泵且由气泵提供驱动力，其中横向气缸10可以带动机器人实现横向行走，纵向气缸20可以带动该机器人实现垂直行走功能，两者结合也可以带动机器人锥面转向行走。
参看图2，为本发明风机塔筒机器人倒置后的结构示意图。
横向气缸10的一端底面设有第一滑块40，第一滑块40上和横向气缸10的另一端分别设有用于产生吸附力的开关磁力座30，开关磁力座30通电后能够产生磁力吸附在塔筒臂上。开关磁力座30上端面连接可带动其沿高度方向伸缩的推拉缸33。
具体的，第一滑块40上及横向气缸10另一端的外端面上分别固定有l型支腿11，开关磁力座30通过推拉缸33固定在l型支腿11的外侧面上，即推拉缸33的侧面与l型支腿11的外侧面之间通过螺栓固定连接，开关磁力座30上端面固定有方形的铝板35，并通过铝板35与推拉缸33连接，推拉缸33运动带动开关磁力座30上下伸缩。l型支腿11的上端面上固定有用于带动本体沿塔筒壁运动的万向轮32，因此，万向轮32并排设置在开关磁力座30的一侧。万向轮32包括柱体和底面上的滚轮，万向轮32便于滚动以及轻松转换该机器人的位置，节省人力。当机器人需要在塔筒壁上运动时，通过推拉缸33带动开关磁力座30收缩，使得开关磁力座30与塔筒壁分离，万向轮32与塔筒壁贴合，实现各个方向的运动，这种运动方式减少了开关磁力座30与塔筒臂之间在运动过程中的摩擦力，提升了前进的效率。当机器人需要吸附在塔筒壁上进行工作时，通过推拉缸33带动开关磁力座30伸出，使得万向轮32与塔筒壁分离，开关磁力座30紧贴在塔筒壁上，实现磁力吸附。
每个开关磁力座30的一侧面上均连接一个旋转气缸31，开关磁力座30侧面中部开有贯穿的通孔，旋转气缸31与开关磁力座30固定且旋转气缸31的转轴垂直插入通孔内，旋转气缸31内嵌装有六方永磁体。通过转轴转动切割磁感线，旋转气缸31能够带动开关磁力座30进行0～90°进行旋转动作，旋转气缸31上设有电磁阀。旋转气缸31用于调节横向气缸10和纵向气缸20在行走过程中的吸附力保持，在行走过程中，如果任意一个气缸的两个开关磁力座30完全释放吸力，则有可能导致整体受力由另外两个开关磁力座30承担，造成机器人的晃动，所以在行走时，需设置一定的吸力吸附塔壁，这一功能由旋转气缸31控制行走的开关磁力座30的附着力来实现，最终实现从不同的方位对塔筒臂进行擦洗、维护等工作。
本发明还包括控制中心90，控制中心90固定在安装板80上，安装板80固定在本体的上端面上，安装板80上还可以安装其他零部件，控制中心90分别与旋转气缸31上的电磁阀以及推拉缸33相连接，并通过控制电磁阀和推拉缸33来间接控制横向气缸10和纵向气缸20动作。控制中心可以根据需要选择相适配的控制器，控制器的选择属于本领域技术人员的常规技术选择，此处不再详细阐述。
纵向气缸20包括固定端和滑动端，通过固定端与横向气缸10固定连接，滑动端的底面上设有第二滑块50，并通过该滑动端滑动设置在横向气缸10上方。这种结构的设置使得与第二滑块50固定的那一根横向气缸10能够沿着纵向气缸20的长度方向滑动，同步带着两个开关磁力座30沿纵向气缸20的长度方向运动，同时，每根横向气缸10上与第一滑块40固定的开关磁力座30能够随着第一滑块40沿着横向气缸10的长度方向运动，开关磁力座30的运动能够带着机器人整体达到去往塔筒或其他可吸附物体的任意位置。
第一滑块40及第二滑块50的具体结构及安装方式参见图2和图5。
第一滑块40和第二滑块50结构完全相同，均包括支撑部41（51）和设置在支撑部41（51）下方的滑动部42（52），优选的，支撑板41（51）为长方体状，滑动部42（52）为圆柱体状，支撑部41（51）和滑动部42（52）之间通过连接条43（53）固定连接。
横向气缸10和纵向气缸20的内部均开有供滑动部42（52）滑动运动的安装空间，横向气缸10和纵向气缸20的底面中部开有与连接条43（53）相适配的滑动卡槽，连接条43（53）能够沿着滑动卡槽往复运动，当第一滑块40及第二滑块50安装完成后，只有支撑部41（51）外露在在横向气缸10或纵向气缸20的底面上，而滑动部42（52）和连接条43（53）均内置，这种设计使得整体结构紧凑，第一滑块40及第二滑块50在运动过程中稳定性高。
参看图3和图4，纵向气缸20的固定端外侧面设有固定板21，与固定端相对应的横向气缸10的外侧面滑动卡装有第一滑板60，固定板21与第一滑板60之间固定连接，这种结构当横向气缸10沿着第一滑板60滑动时，能够带着纵向气缸20同步运动。
同样的，与纵向气缸20的滑动端相对应的横向气缸10的外侧面和内侧面上分别滑动卡装有第二滑板70，第二滑块50坐设在两个第二滑板70上，且分别与两个第二滑板70固定连接。这种结构当横向气缸10沿着第二滑板70滑动时，能够带着纵向气缸20同步运动。优选的，第二滑块50的底面上固定有垫板51，两个第二滑板70的底面分别与垫板51之间通过螺栓固定，垫板51的设置方便了第二滑板70与第二滑块50之间的安装固定。
第一滑板60和第二滑板70的结构完全相同，具体的，参见图6，第一滑板60和第二滑板70均包括板体61（71），板体61（71）的下端外侧面向外凸出有连接部62（72），连接部62（72）上开有两个安装孔，螺栓穿过该安装孔与固定板21或垫板51固定连接。板体61（71）的内侧面的上部和下部分别凸出有相对倾斜设置的卡装条63（73），横向气缸10沿长度方向的两侧面分别设有与卡装条63（73）相对应的卡装滑槽，第一滑板60和第二滑板70均通过各自相对应的卡装条63（73）卡入横向气缸10的卡装滑槽内，实现滑动连接。
本发明的工作原理如下：
当本体呈井字形结构时：
假定原始状态机器人的横向气缸10和纵向气缸20均吸附在塔筒臂上。机器人能够在运动过程中实现横向行走、垂直行走以及锥面转向行走等，为了方便阐述，将四个开关磁力座30具体编号，即位于纵向气缸20滑动端的第一滑块40上的开关磁力座30编号为开关磁力座30（a），位于纵向气缸20滑动端的横向气缸10另一端的开关磁力座30编号为开关磁力座30（b），位于纵向气缸20固定端的第一滑块40上的开关磁力座30编号为开关磁力座30（c），位于纵向气缸20滑动端的横向气缸10另一端的开关磁力座30编号为开关磁力座30（d）。
（一）横向行走
当横向气缸10带动机器人实现横向行走过程中，包括两步走循环运动。首先控制中心发出指令控制纵向气缸20滑动端的两个开关磁力座30（a）和30（b）首先释放90%磁力，纵向气缸20固定端的两个开关磁力座30（c）和30（d）保持吸附状态。此时开关磁力座30（a）和30（b）与塔筒臂分离，但由于剩余10%的磁力吸附作用，机器人整体仍然保持攀附在塔筒臂上的状态。
进一步的，控制中心发出指令，使得横向气缸10随第二滑块50沿纵向气缸20的长度方向运动，与此同时，控制中心发出指令使推拉缸33带动开关磁力座30（a）和30（b）呈收缩状态，使得使得开关磁力座30（a）和30（b）与塔筒壁分离，对应的万向轮32与塔筒臂贴合，通过万向轮32沿塔筒壁滚动实现运动动作，完成横向行走两步循环的第一步。
优选的，为了保证机器人整体的平衡，该横向气缸10沿着纵向气缸20的长度方向运动通常不超过纵向气缸20长度一半的位置。
第二步是纵向气缸20的滑动端的两个开关磁力座30（a）和30（b）保持磁力，固定端的开关磁力座30（c）和30（d）释放90%磁力，根据相对运动原理，重复第一步动作，即可带动纵向气缸20的固定端的横向气缸10继续运动，带动纵向气缸20相对于其滑动端的横向气缸10运动，完成两步走循环运动。
行走到适当的位置需要工作时，控制中心发出指令控制所有开关磁力座30进行磁力吸附，吸附在塔筒壁上，完成清理或者检查工作。
（二）垂直行走
当纵向气缸20带动该机器人实现垂直行走过程中，包括两步走循环运动。首先控制中心发出指令控制两个第一滑块40上所固定的开关磁力座30（a）、30（c）释放90%磁力，横向气缸10的另一端的开关磁力座30（b）、30（d）保持吸附状态。此时开关磁力座30（a）和30（c）与塔筒臂分离，但由于剩余10%的磁力吸附作用，机器人整体仍然保持攀附在塔筒臂上的状态。
进一步的，控制中心发出指令，使得相对应的那一根纵向气缸20随着第一滑板60和第二滑板70沿横向气缸10的长度方向运动，与此同时，控制中心发出指令使推拉缸33带动开关磁力座30（a）和30（c）呈收缩状态，使得开关磁力座30（a）和30（c）与塔筒壁分离，对应的万向轮32与塔筒臂贴合，通过万向轮32沿塔筒壁滚动实现运动动作，完成垂直行走两步循环的第一步。
优选的，为了保证机器人整体的平衡，该纵向气缸20沿着横向气缸10的长度方向运动通常不超过横向气缸10长度一半的位置。
第二步是横向气缸10另一端的两个开关磁力座开关磁力座30（b）、30（d）释放90%磁力，两个第一滑块40上的两个开关磁力座30（a）和30（c）保持磁力吸附，根据相对运动原理，重复第一步动作，即可带动另一根纵向气缸20沿着横向气缸10的长度方向继续运动，完成两步走循环运动。
行走到适当的位置需要工作时，控制中心发出指令控制所有开关磁力座30进行磁力吸附，吸附在塔筒壁上，完成清理或者检查工作。
（二）锥面转向行走
结合前面行走的原理，当机器人在进行横向行走或者垂直方向行走过程中，需要向左或者向右锥面转向行走，只需要通过控制中心发出指令，控制行走的那一根横向气缸10或纵向气缸20的两端不同时迈步前进，例如在横向行走过程中，如果需要向左锥面转向，则在横向气缸10随第二滑块50沿纵向气缸20的长度方向运动过程中，则由控制中心发出信号，在第一步中，当位于开关磁力座30（a）一端的横向气缸10每次走两步或者其他多步时，位于开关磁力座30（b）一端的横向气缸10每次走一步，在第二步中，当位于开关磁力座30（c）一端的横向气缸10每次走两步或者其他多步时，位于开关磁力座30（d）一端的横向气缸10每次走一步，这样累积下来使得机器人整体向左实现锥面转向行走。基于同样的行走原理，在控制中心的控制下能够实现其他角度的锥面转向行走。其中对于步数的设置可以根据实际需要灵活设置。行走到适当的位置需要工作时，控制中心发出指令控制所有开关磁力座30进行磁力吸附，吸附在塔筒壁上，完成清理或者检查工作。
当本体呈工字形结构时：
假定原始状态机器人的横向气缸10和纵向气缸20均吸附在塔筒臂上。机器人能够在运动过程中实现横向行走、垂直行走以及锥面转向行走等，为了方便阐述，将四个开关磁力座30具体编号，即位于纵向气缸20滑动端的第一滑块40上的开关磁力座30编号为开关磁力座30（a），位于纵向气缸20滑动端的横向气缸10另一端的开关磁力座30编号为开关磁力座30（b），位于纵向气缸20固定端的第一滑块40上的开关磁力座30编号为开关磁力座30（c），位于纵向气缸20滑动端的横向气缸10另一端的开关磁力座30编号为开关磁力座30（d）。
（一）横向行走
与上面本体呈井字形时工作原理完全相同，此处不再详细阐述。
（二）垂直行走
当纵向气缸20带动该机器人实现垂直行走过程中，包括两步走循环运动。首先控制中心发出指令控制两个第一滑块40上所固定的开关磁力座30（a）、30（c）释放90%磁力，横向气缸10的另一端的开关磁力座30（b）、30（d）保持吸附状态。此时开关磁力座30（a）和30（c）与塔筒臂分离，但由于剩余10%的磁力吸附作用，机器人整体仍然保持攀附在塔筒臂上的状态。
进一步的，控制中心发出指令，使得纵向气缸20随着第一滑板60和第二滑板70自横向气缸10的中部向一端运动，与此同时，控制中心发出指令使推拉缸33带动开关磁力座30（a）和30（c）呈收缩状态，使得开关磁力座30（a）和30（c）与塔筒壁分离，对应的万向轮32与塔筒臂贴合，通过万向轮32沿塔筒壁滚动实现运动动作，完成垂直行走两步循环的第一步。
优选的，为了保证机器人整体的平衡，该纵向气缸20沿着横向气缸10的长度方向运动通常自中部运动到不超过横向气缸10长度1/4的位置。
第二步是横向气缸10另一端的两个开关磁力座开关磁力座30（b）、30（d）释放90%磁力，两个第一滑块40上的两个开关磁力座30（a）和30（c）保持磁力吸附，根据相对运动原理，重复第一步动作，即可使得两根横向气缸10沿着第一滑板60和第二滑板70继续运动，以相对运动不超过横向气缸10另一端长度的1/4为止，完成两步走循环运动。
行走到适当的位置需要工作时，控制中心发出指令控制所有开关磁力座30进行磁力吸附，吸附在塔筒壁上，完成清理或者检查工作。
（二）锥面转向行走
结合前面行走的原理，当机器人在进行横向行走或者垂直方向行走过程中，需要向左或者向右锥面转向行走，只需要通过控制中心发出指令，控制行走的那一根横向气缸10或纵向气缸20的两端不同时迈步前进，例如在横向行走过程中，如果需要向左锥面转向，则在横向气缸10随第二滑块50沿纵向气缸20的长度方向运动过程中，则由控制中心发出信号，在第一步中，当位于开关磁力座30（a）一端的横向气缸10每次走两步或者其他多步时，位于开关磁力座30（b）一端的横向气缸10每次走一步，在第二步中，当位于开关磁力座30（c）一端的横向气缸10每次走两步或者其他多步时，位于开关磁力座30（d）一端的横向气缸10每次走一步，这样累积下来使得机器人整体向左实现锥面转向行走。基于同样的行走原理，在控制中心的控制下能够实现其他角度的锥面转向行走。其中对于步数的设置可以根据实际需要灵活设置。行走到适当的位置需要工作时，控制中心发出指令控制所有开关磁力座30进行磁力吸附，吸附在塔筒壁上，完成清理或者检查工作。
可见，采用本发明实施例提供的风机塔筒机器人，通过设置开关磁力座，作为抓紧装置，吸附在风机塔筒上，并固定在工作位置展开功能性工作，利用无杆气缸仿生动物爬行原理进行上下左右的移动，纵向气缸实现垂直行走功能，两条横向气缸实现横向行走，同时横向气缸和纵向气缸在控制中心控制下还能够实现锥面转向行走，达到去往塔筒或其他可吸附物体的任意位置的目的，结构简单、紧凑，大大降低了机器人的自身重量，使得工作时候灵活方便，便于转向，通过控制中心发送指令实现工作，全程自动化工作，完全替代了人力，也有效避免了人力工作过程中的安全隐患、周期长、效率低等问题，具有非常实用的价值。
需要说明的是，上述实施例均为优选实施例，相关功能部件可以用其他部件代替，所涉及的单元和模块并不一定是本申请所必须的。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上对本申请所提供的一种风机塔筒机器人进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。