CN108758165B - 一种转向变径管道机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种转向变径管道机器人,包括变径驱动部、牵引件、第一转向部;变径驱动部设于牵引件的两端,第一转向部设于两个变径驱动部中的其中一个变径驱动部,第一转向部位于变径驱动部的远离牵引件的一端;变径驱动部设有至少两组行走机构,至少两组行走机构以变径驱动部为中心成圆周均布设置,行走机构能够靠近或远离管道内壁,行走机构能够与管道内壁接触并在管道内行走,第一转向部的远离变径驱动部的一端设有第一行走装置,当在管道转弯处时,第一行走装置与其前方的管道内壁相抵,第一转向部驱动第一行走装置往转弯方向偏转后在管道内壁行走。本发明能够适应复杂环境管道内的弯道行走,结构简单,减少了管道检测的工程量以及降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于管道机器人领域,尤其涉及一种转向变径管道机器人。
背景技术
管道巡检是管道检查维护非常重要的一个工程,由于管道环境的限制,管道内的检测只能采用管道机器人携带检测设备以及工具进入管道在管道内行走的方法,来达到对管道内部检测的目的。现有的管道机器人,由于不具备转向功能,仅能在简单的管道环境中行走(如直管道内),无法适应复杂管道环境的检测(如在管道内转弯行走),这样使管道检测变得困难,同时增加了管道检测的工程量和成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种转向变径管道机器人,旨在解决现有技术中管道机器人不具转向功能导致无法适应复杂管道环境检查的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明是这样实现的:一种转向变径管道机器人,包括变径驱动部、牵引件、第一转向部;牵引件可弯曲且具有轴向支撑力,变径驱动部设于牵引件的两端,第一转向部设于两个变径驱动部中的其中一个变径驱动部,第一转向部位于变径驱动部的远离牵引件的一端;变径驱动部设有至少两组行走机构,至少两组行走机构以变径驱动部为中心圆周均布设置,行走机构能够靠近或远离管道内壁,行走机构能够与管道内壁接触并在管道内行走,第一转向部的远离变径驱动部的一端设有第一行走装置,当在管道转弯处时,第一行走装置与其前方的管道内壁相抵,第一转向部驱动第一行走装置往转弯方向偏转后在管道内壁行走。
进一步地,机器人还包括第二转向部,第二转向部设于未配置第一转向部的变径驱动部,第二转向部位于变径驱动部远离牵引件的一端。
进一步地,第一转向部还包括支座、减速电机、旋转架;支座设于变径驱动部,减速电机设于支座,旋转架连接于减速电机的输出端,第一行走装置包括第一行走电机和第一行走轮,第一行走电机设于旋转架,第一行走电机驱动第一行走轮转动。
进一步地,变径驱动部还包括固定座、涨紧装置;涨紧装置设于固定座,第一转向部设于固定座的与涨紧装置相背的一侧,牵引件连接涨紧装置;行走机构设于固定座,至少两组行走机构以涨紧装置为中心圆周均布设置,行走机构的一端铰接于固定座,另一端与涨紧装置连接;行走机构包括第二行走装置,涨紧装置控制第二行走装置远离或靠近管道内壁,第二行走装置能够与管道接触并在管道内行走。
进一步地,涨紧装置包括动力装置,移动件、第一导向柱、连杆;动力装置设于固定座,第一导向柱的一端设于固定座,移动件套设于第一导向柱,动力装置驱动移动件在第一导向柱上沿第一导向柱的轴线方向移动,连杆铰接于移动件。
进一步地,动力装置为电机,第一导向柱和移动件分别为滚珠丝杆的螺杆和螺母,电机驱动螺杆运转。
进一步地,动力装置为螺旋弹簧,该螺旋弹簧套设于第一导向柱,螺旋弹簧的一端与固定座连接固定,另一端与移动件连接固定,当螺旋弹簧被移动件拉伸时,螺旋弹簧对移动件提供远离固定座的拉力;或者,当螺旋弹簧被移动件压缩时,螺旋弹簧对移动件提供远离固定座的推力。
进一步地,涨紧装置还包括挡板和第二导向柱,第二导向柱一端设于固定座,另一端穿过移动件后连接于挡板,且第一导向柱的不与固定座连接的一端连接于挡板,移动件能在第二导向柱沿第二导向柱的轴线方向移动。
进一步地,行走机构还包括支架,支架一端铰接于固定座,另一端铰接于连杆,第二行走装置安装于支架;第二行走装置包括第二行走电机和第二行走轮,第二行走电机设于支架,第二行走电机驱动第二行走轮转动;第二行走电机具有两个输出端,第二行走轮为两个,两个第二行走轮设于支架相对的两侧,两个第二行走轮分别连接于第二行走电机的两个输出端。
进一步地,变径驱动部还包括销轴、锁紧件,固定座设有台座,台座的相对两侧设有第一通孔,支架的相对两侧设有第二通孔,销轴的一端设有限位部,销轴不设限位部的一端穿过第一通孔、第二通孔,限位部与支架或台座的一侧相抵,锁紧件与销轴不设限位部的一端配合固定,锁紧件与支架或台座的背离限位部的一侧相抵。
本发明与现有技术相比,有益效果在于:本发明的一种转向变径管道机器人,采用牵引件分别连接两个变径驱动部,而该变径驱动部设置能收回或者伸出的行走机构,并且,在其中一个变径驱动部设置第一转向部,第一转向部的端部设有第一行走装置,当在管道内行走时,两个变径驱动部的行走机构均与管道接触行走;当到达拐弯处时,第一转向部的第一行走装置抵住管道内壁,同时第一转向部驱动第一行走装置往拐弯方向偏转后在管道内部行走,实现对变径驱动部导向,设置第一转向部的变径驱动部在经过拐弯处时将行走机构收回,此时,未配置有第一转向部的变径驱动部通过牵引件推动该变径驱动部前行,在通过转弯处后变径驱动部将行走机构伸出抵住管道内壁,使行走机构继续在管道内壁上行走,未设置第一转向部的变径驱动部在经过拐弯处时,同样收回行走机构,由配置有第一转向部的变径驱动部通过牵引件拖动,直至通过转弯处后伸出行走机构与管道内壁接触并在管道内行走。本发明提供的一种转向变径管道机器人,能够适应复杂环境管道内的弯道行走,结构简单,减少了管道检测的工程量以及降低了成本。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图;
图2是本发明实施例的第一转向部的结构示意图;
图3是本发明实施例的变径驱动部的结构示意图;
图4是本发明实施例的变径驱动部的张紧装置的结构示意图;
图5是本发明实施例的变径驱动部的涨紧装置的另一实施例的结构示意图;
图6是本发明实施例的变径驱动部的行走机构的结构示意图;
图7是本发明实施例的变径驱动部的固定座的结构示意图;
图8是本发明实施例的变径驱动部的销轴和锁紧件的结构示意图。
在附图中,各附图标记表示:
10、变径驱动部;1、固定座;11、台座;111、第一通孔;2、涨紧装置;21、动力装置;22、移动件;23、第一导向柱;24、挡板;25、第二导向柱;3、行走机构;31、第二行走装置;311、第二行走电机;3111、输出端;312、第二行走轮;32、支架;321、第二通孔;4、连杆;5、销轴;51、限位部;6、锁紧件;20、牵引件;30、第一转向部;301、第一行走装置;3011、第一行走电机;3012、第一行走轮;302、支座;303、减速电机;304、旋转架;40、第二转向部。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。
此外,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。
参见图1,为本发明的转向变径管道机器人的较佳实施例,该转向变径管道机器人包括变径驱动部10、牵引件20、第一转向部30,牵引件20可弯曲且具有轴向支撑力,变径驱动部10设于牵引件20的两端,第一转向部30设于两个变径驱动部10中的其中一个变径驱动部10,第一转向部30位于变径驱动部10的远离牵引件20的一端,变径驱动部10设有至少两组行走机构3,至少两组行走机构3以变径驱动部10为中心圆周均布设置,行走机构3能够靠近或远离管道内壁,行走机构3能够与管道内壁接触并在管道内行走,第一转向部30的远离变径驱动部10的一端设有第一行走装置301,当在管道转弯处时,第一行走装置301与其前方的管道内壁相抵,第一转向部30驱动第一行走装置301往转弯方向偏转后在管道内壁行走。
本发明采用牵引件20分别连接两个变径驱动部10,而该变径驱动部10设置有能收回或者伸出的行走机构3,并且,在其中一个变径驱动部设置第一转向部,第一转向部的端部设有第一行走装置,当在管道内行走时,两个变径驱动部的行走机构均与管道接触行走;当到达拐弯处时,第一转向部的第一行走装置抵住管道内壁,同时第一转向部驱动第一行走装置往拐弯方向偏转,并且在管道内部行走实现对变径驱动部导向,设置第一转向部的变径驱动部在经过拐弯处时将行走机构收回,此时,未配置有第一转向部的变径驱动部通过牵引件推动该变径驱动部前行,在通过转弯处后变径驱动部将行走机构伸出抵住管道内壁,继续在管道内壁上行走,未设置第一转向部的变径驱动部在经过拐弯处时,同样收回行走机构,由配置有第一转向部的变径驱动部通过牵引件拖动,直至通过转弯处后伸出行走机构与管道内壁接触并在管道内行走。本发明提供的一种转向变径管道机器人,能够适应复杂环境管道内的弯道行走,结构简单,减少了管道检测的工程量以及降低了成本。
在本实施例中,牵引件20可以是软轴或者螺旋弹簧。
进一步地,机器人还包括第二转向部40,第二转向部40设于未配置第一转向部30的变径驱动部10,第二转向部40位于变径驱动部10远离牵引件20的一端。这样在两个变径驱动部10均设置转向部,可以实现转向变径管道机器人在管道内双向行走。
参见图2,具体的,第一转向部30还包括支座302、减速电机303、旋转架304,支座302设于变径驱动部10,减速电机303设于支座302,旋转架304连接于减速电机303的输出端,第一行走装置301包括第一行走电机3011和第一行走轮3012,第一行走电机3011设于旋转架304,第一行走电机3011驱动第一行走轮3012转动。
第一行走电机3011控制第一行走轮3012的运转,减速电机303驱动旋转架304旋转,进而带动第一行走轮3012往指定方向偏转。
参见图3,具体的,变径驱动部10还包括固定座1、涨紧装置2,涨紧装置2设于固定座1,第一转向部30设于固定座1的与涨紧装置2相背的一侧,牵引件20连接涨紧装置2,行走机构3设于固定座1,至少两组行走机构3以涨紧装置2为中心圆周均布设置,行走机构3的一端铰接于固定座1,另一端与涨紧装置2连接,行走机构3包括第二行走装置31,涨紧装置2控制第二行走装置31远离或靠近管道内壁,第二行走装置31能够与管道接触并在管道内行走。
在变径驱动部10上设置行走机构3,使行走机构3上的第二行走装置31接触管道内壁并在管道内行走,至少两个行走机构3以涨紧装置2为中心均布使得第二行走装置31处于一个圆周上。通过涨紧装置2控制第二行走装置31的伸缩使第二行走装置31远离或靠近管道内壁,即调整第二行走装置31所在圆周的直径大小,进而实现变径驱动部10适应在不同内径的管道内行走,因此,在针对不同内径的管道进行爬行检测时,变径驱动部10能够适应完成针对不同内径管道的爬行检测工作,从而降低了管道检测的成本。
在本发明中,至少两个的行走机构3可以使得变径驱动部10在管道内行走时抵住管道内壁,实现对变径驱动部10的平衡支撑,使得变径驱动部10不仅可以在水平管道内行走,还能在竖直管道内行走,行走机构3的数量还可以是2个、3个、4个……,多个行走机构3以涨紧装置2为中心圆周均布。
参照图4,具体的,涨紧装置2包括动力装置21,移动件22、第一导向柱23、连杆4,动力装置21设于固定座1,第一导向柱23的一端设于固定座1,移动件22套设于第一导向柱23,动力装置21驱动移动件22在第一导向柱23上沿第一导向柱23的轴线方向移动,连杆4铰接于移动件22。
连杆4的两端分别与行走机构3和移动件22铰接,当移动件22在第一导向柱23上往固定座1方向移动时,行走机构3与连杆4铰接的一端以涨紧装置2为中心往远离涨紧装置2方向移动,即:行走机构3与连杆4铰接的一端往管道内壁靠近,进而,设于行走机构3上的第二行走装置31往管道内壁靠近;当移动件22在第一导向柱23往远离固定座1方向移动时,行走机构3与连杆4铰接的一端以涨紧装置2为中心往靠近涨紧装置2方向移动,即,行走机构3与连杆4铰接的一端远离管道内壁,进而,设于行走机构3的第二行走装置31远离管道内壁,以上,实现了至少两个行走机构3的第二行走装置31所在圆周的直径大小调节,进而实现了变径驱动部10根据不同内径的管道进行调整,以适应在不同内径的管道内行走。
其中,动力装置21可以为电机,当动力装置21为电机时,第一导向柱23和移动件22分别为滚珠丝杆的螺杆和螺母,电机驱动螺杆运转。采用此种技术方案,可以实现第二行走装置31所在圆周直径的大小的高精度无级调节,并且有自锁功能,结构稳定性好。
参见图5,除了上述实施例,动力装置21还可以为螺旋弹簧,该螺旋弹簧套设于第一导向柱23,螺旋弹簧的一端与固定座1连接固定,另一端与移动件22连接固定,当螺旋弹簧被移动件22拉伸时,螺旋弹簧对移动件22提供靠近固定座1的拉力(即:螺旋弹簧为拉簧,拉簧的两端分别固定于固定座1和移动件22,此时,连杆4和行走机构3之间形成的夹角为钝角);或者,当螺旋弹簧被移动件22压缩时,螺旋弹簧对移动件22提供远离固定座1的推力(即:螺旋弹簧为压簧,拉簧的两端分别固定于固定座1和移动件22,此时,连杆4和行走机构3之间形成的夹角为锐角)。此时第二行走装置31所在的圆周直径为最大,该变径驱动部10适应最大内径的管道行走,当变径驱动部10在较小内径的管道内行走时,第二行走装置31被管道内壁挤压收缩,移动件22往远离固定座1方向移动,螺旋弹簧被拉开或者压缩,螺旋弹簧的回复力促使行走机构3带动第二行走装置31挤压管道内壁,使得变径驱动部10能在管道内壁上行走。采用此中技术方案,结构简单,成本低廉。
参见图4、5,进一步地,涨紧装置2还包括挡板24和第二导向柱25,第二导向柱25一端设于固定座1,另一端穿过移动件22后连接于挡板24,且第一导向柱23的不与固定座1连接的一端连接于挡板24,移动件22能在第二导向柱25沿第二导向柱25的轴线方向移动。如此,第二导向柱25可以对移动件22的移动进行导向,同时使移动件22在移动过程中能够平稳移动,挡板24可以避免第二导向柱25因只一端固定于固定座1而产生晃动。
需要说明的是:当第一导向柱23为螺杆时,第一导向柱23与挡板24之间可以通过轴承进行连接,这样能够保证电机驱动螺杆时螺杆能够正常旋转。
参见图6,具体的,行走机构3还包括支架32,支架32一端铰接于固定座1,另一端铰接于连杆4,第二行走装置31安装于支架32,第二行走装置31包括第二行走电机311和第二行走轮312,第二行走电机311设于支架32,第二行走电机311驱动第二行走轮312转动,第二行走电机311具有两个输出端3111,第二行走轮312为两个,两个第二行走轮312设于支架32相对的两侧,两个第二行走轮312分别连接于第二行走电机311的两个输出端3111。一个第二行走装置31设置2个第二行走轮312,可以增大一个行走机构3中的第二行走装置31和管道内壁的接触面积,使得变径驱动部10在管道内行走时更加稳固,同时,当变径驱动部10到达检测位置停止下来时,变径驱动部10能够更加稳固的站定在管道内。
参见图7、8,具体的,变径驱动部10还包括销轴5、锁紧件6,固定座1设有台座11,台座11的相对两侧设有第一通孔111,支架32的相对两侧设有第二通孔321,销轴5的一端设有限位部51,销轴5不设限位部51的一端穿过第一通孔111、第二通孔321,限位部51与支架32或台座11的一侧相抵,锁紧件6与销轴5不设限位部51的一端配合固定,锁紧件6与支架32或台座11的背离限位部51的一侧相抵。采用销轴5和锁紧件6实现固定座1和支架32的铰接,拆装简便,提高安装效率。
在本发明的实施例中,锁紧件6可以是卡簧或者螺帽。当锁紧件6为卡簧时,在销轴5上对应设置供卡簧卡入的卡槽;当锁紧件6为螺母时,在销轴5上设置与螺帽匹配的螺纹。
需要说明的是,在本实施例中,支架32和连杆4的铰接、连杆4和移动件22的铰接的结构均与支架32和固定座1的铰接结构一致,均采用销轴5和锁紧件6实现铰接。在此,不再重复对支架32和连杆4的铰接、连杆4和移动件22的铰接的结构说明。
在本实施例中,采用控制器实现对第一行走电机3011、第二行走电机311、减速电机303以及当涨紧装置2中的动力装置21为电机时的统一控制。当机器人在管道内行走过程中,而变径驱动部10的涨紧装置2的动力装置21为电机时,控制器控制动力装置21实现行走机构3的第二行走轮312远离或靠近管道内壁,使第二行走轮312与管道内壁相抵并在管道内行走,同时,控制器还控制第二行走电机311的行走速度以及启停;当需要转弯时,控制器控制减速电机303启动,实现第一行走装置301的偏转,同时控制第一行走电机3011的启动,使第一行走轮3012在管道内壁上行走,实现转弯,还可以通过控制器控制第一行走电机3011的行走速度。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种转向变径管道机器人,其特征在于,包括变径驱动部(10)、牵引件(20)、第一转向部(30);
所述牵引件(20)可弯曲且具有轴向支撑力,所述变径驱动部(10)设于所述牵引件(20)的两端,所述第一转向部(30)设于两个所述变径驱动部(10)中的其中一个所述变径驱动部(10),所述第一转向部(30)位于所述变径驱动部(10)的远离所述牵引件(20)的一端;
所述变径驱动部(10)设有至少两组行走机构(3),至少两组所述行走机构(3)以所述变径驱动部(10)为中心圆周均布设置,所述行走机构(3)能够靠近或远离管道内壁,所述行走机构(3)能够与管道内壁接触并在管道内行走,所述第一转向部(30)的远离所述变径驱动部(10)的一端设有第一行走装置(301),当在管道转弯处时,所述第一行走装置(301)与其前方的管道内壁相抵,所述第一转向部(30)驱动所述第一行走装置(301)往转弯方向偏转后在管道内壁行走;
所述变径驱动部(10)还包括固定座(1)、涨紧装置(2);
所述涨紧装置(2)设于所述固定座(1),所述第一转向部(30)设于所述固定座(1)的与所述涨紧装置(2)相背的一侧,所述牵引件(20)连接所述涨紧装置(2);
所述行走机构(3)设于所述固定座(1),至少两组所述行走机构(3)以所述涨紧装置(2)为中心圆周均布设置,所述行走机构(3)的一端铰接于所述固定座(1),另一端与所述涨紧装置(2)连接;
所述行走机构(3)包括第二行走装置(31),所述涨紧装置(2)控制所述第二行走装置(31)远离或靠近管道内壁,所述第二行走装置(31)能够与管道接触并在管道内行走;
所述涨紧装置(2)包括动力装置(21),移动件(22)、第一导向柱(23)、连杆(4);
所述动力装置(21)设于所述固定座(1),所述第一导向柱(23)的一端设于所述固定座(1),所述移动件(22)套设于所述第一导向柱(23),所述动力装置(21)驱动所述移动件(22)在所述第一导向柱(23)上沿所述第一导向柱(23)的轴线方向移动,所述连杆(4)铰接于所述移动件(22);
所述行走机构(3)还包括支架(32),所述支架(32)一端铰接于所述固定座(1),另一端铰接于所述连杆(4),所述第二行走装置(31)安装于所述支架(32);
所述第二行走装置(31)包括第二行走电机(311)和第二行走轮(312),所述第二行走电机(311)设于所述支架(32),所述第二行走电机(311)驱动所述第二行走轮(312)转动;
所述第二行走电机(311)具有两个输出端(3111),所述第二行走轮(312)为两个,两个所述第二行走轮(312)设于所述支架(32)相对的两侧,两个所述第二行走轮(312)分别连接于所述第二行走电机(311)的两个所述输出端(3111)。
2.如权利要求1所述的转向变径管道机器人,其特征在于,所述机器人还包括第二转向部(40),所述第二转向部(40)设于未配置所述第一转向部(30)的所述变径驱动部(10),所述第二转向部(40)位于所述变径驱动部(10)远离牵引件(20)的一端。
3.如权利要求1或2所述的转向变径管道机器人,其特征在于,所述第一转向部(30)还包括支座(302)、减速电机(303)、旋转架(304);
所述支座(302)设于所述变径驱动部(10),所述减速电机(303)设于所述支座(302),所述旋转架(304)连接于所述减速电机(303)的输出端,所述第一行走装置(301)包括第一行走电机(3011)和第一行走轮(3012),所述第一行走电机(3011)设于所述旋转架(304),所述第一行走电机(3011)驱动所述第一行走轮(3012)转动。
4.如权利要求3所述的转向变径管道机器人,其特征在于,所述动力装置(21)为电机,所述第一导向柱(23)和移动件(22)分别为滚珠丝杆的螺杆和螺母,所述电机驱动所述螺杆运转。
5.如权利要求3所述的转向变径管道机器人,其特征在于,所述动力装置(21)为螺旋弹簧,该螺旋弹簧套设于所述第一导向柱(23),所述螺旋弹簧的一端与所述固定座(1)连接固定,另一端与移动件(22)连接固定,当所述螺旋弹簧被所述移动件(22)拉伸时,所述螺旋弹簧对所述移动件(22)提供远离所述固定座(1)的拉力;或者,当所述螺旋弹簧被所述移动件(22)压缩时,所述螺旋弹簧对所述移动件(22)提供远离所述固定座(1)的推力。
6.如权利要求3所述的转向变径管道机器人,其特征在于,所述涨紧装置(2)还包括挡板(24)和第二导向柱(25),所述第二导向柱(25)一端设于所述固定座(1),另一端穿过所述移动件(22)后连接于所述挡板(24),且所述第一导向柱(23)的不与所述固定座(1)连接的一端连接于所述挡板(24),所述移动件(22)能在所述第二导向柱(25)沿所述第二导向柱(25)的轴线方向移动。
7.如权利要求6所述的转向变径管道机器人,其特征在于,所述变径驱动部(10)还包括销轴(5)、锁紧件(6),所述固定座(1)设有台座(11),所述台座(11)的相对两侧设有第一通孔(111),所述支架(32)的相对两侧设有第二通孔(321),所述销轴(5)的一端设有限位部(51),所述销轴(5)不设所述限位部(51)的一端穿过第一通孔(111)、第二通孔(321),所述限位部(51)与所述支架(32)或所述台座(11)的一侧相抵,所述锁紧件(6)与所述销轴(5)不设所述限位部(51)的一端配合固定,所述锁紧件(6)与所述支架(32)或所述台座(11)的背离所述限位部(51)的一侧相抵。
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