CN110103747A - 一种重载agv自动充电装置及其充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重载AGV自动充电装置及其充电方法。重载AGV由于体积较大,质量较重,无法精确定位充电位置,影响充电效率。本发明重载AGV自动充电装置,包括车载充电机构和充电桩。车载充电机构包括充电插头、车载外壳、弹性臂、固定管、伸缩件和伸缩驱动组件。充电桩包括桩体、充电插座和升降驱动器。充电插座包括插座主体和锁紧保护组件。插座主体上的开设有充电通道。锁紧保护组件包括保护滑块、保护复位弹簧和锁紧单元。锁紧单元包括锁紧凸轮杆、滑动锁杆、联动连接件、第一锁紧复位弹簧和第二锁紧复位弹簧。本发明通过重型AGV自动伸出充电插头的形式,实现充电插头与充电插座的对接,完成自动充电。
Description
技术领域
本发明属于自动充电技术领域,具体涉及一种重载AGV自动充电装置及其充电方法
背景技术
随着“工业4.0”和“中国制造2025”概念的提出,AGV小车(自动导引运输车)在无人化物流搬运领域已成为工厂实现自动化、智能化搬运的重要载体,如无人码头,快递自动分拣等。AGV小车几乎采用电池供电提供动力,电池没电时小车根据算法到充电桩前充电。重载AGV由于体积较大,质量较重,无法精确定位充电位置,影响充电效率。此外,由于不同种类和规格的ADV小车越来越多,很多充电触头和接口并不匹配,根据行业标准,设计一种通用的充电对接装置也非常必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重载AGV自动充电装置及其充电方法。
本发明重载AGV自动充电装置,包括车载充电机构和充电桩。所述的车载充电机构包括充电插头、车载外壳、弹性臂、固定管、伸缩件和伸缩驱动组件。所述的固定管固定在车载外壳内。伸缩件与固定管构成滑动副,并由伸缩驱动组件驱动。所述弹性臂的内端与伸缩件固定。
所述的充电桩包括桩体、充电插座和升降驱动器。所述的充电插座包括插座主体和锁紧保护组件。插座主体与桩体构成沿竖直方向滑动的滑动副,并由升降驱动器驱动。所述插座主体上的开设有充电通道。充电通道由依次相连的导向段、锁紧段、充电段组成。导向段呈由外至内的渐缩状。充电段处安装有充电接口。充电接口与充电插头对应。
所述的锁紧保护组件包括保护滑块、保护复位弹簧和锁紧单元。所述的保护滑块设置在充电段内。保护复位弹簧的两端与保护滑块、插座主体分别连接。所述插座主体上开设有n条轴向锁位滑道和n条径向锁定滑道,n≤10。n条轴向锁位滑道沿导向段的周向排列。n条径向锁定滑道的一端与n条轴向锁位滑道分别连通,另一端均与导向段的侧面连通。
所述的锁紧单元包括锁紧凸轮杆、滑动锁杆、联动连接件、第一锁紧复位弹簧和第二锁紧复位弹簧。锁紧单元共有n个。n个锁紧单元内的锁紧凸轮杆分别设置在n条轴向锁位滑道内。n根滑动锁杆分别设置在n条径向锁定滑道内。锁紧凸轮杆的侧部设置有锁紧凸起。n根锁紧凸轮杆上的锁紧凸起均朝向充电通道的锁紧段。
n根锁紧复位弹簧的一端与n根锁紧凸轮杆分别固定,另一端均与插座主体固定。n根第二锁紧复位弹簧的一端与n根滑动锁杆分别固定,另一端均与插座主体固定。n根联动连接件的一端与n根锁紧凸轮杆的外端分别固定,另一端均与保护滑块固定。
进一步地,初始状态下,充电接口与保护滑块接触,n根滑动锁杆到锁紧段轴线的距离大于锁紧段的直径。弹性臂外端端面与导向段内端端面接触的状态下,n根滑动锁杆到锁紧段轴线的距离小于D1。D1为弹性臂的直径。
进一步地,所述导向段外端端部的横截面呈椭圆形,且该椭圆形的长轴水平设置。该椭圆形的长轴长度等于3.5D1,短轴长度等于2.5D1。D1为弹性臂的直径。导向段内端端部的横截面呈圆形,且直径等于1.05D1。锁紧段的横截面呈圆形,且直径等于D1+0.5mm。锁紧段与导向段的连接处设有倒角。充电段的横截面呈圆形,且直径等于D2+0.5mm。D2为充电插头的直径。所述保护滑块的侧面为圆柱面,且直径等于D2。
进一步地,所述充电插头的侧面上设置有沿充电插头轴向依次等间距排列的七个金属触圈。所述的充电接口包括七个弹簧针组。弹簧针组由沿充电段轴线的周向均布的多根弹簧针组成。同一弹簧针组内的多根弹簧针连接在一起。七个弹簧针组沿充电段的轴线方向依次排列。七个弹簧针组到充电通道导向段内端端面的距离与七个金属触圈到弹性臂外端端面的距离分别相等。
进一步地,所述充电插头的七个金属触圈与AGV小车内车载充电管理模块的七个输入接口分别连接。充电接口内七个弹簧针组与桩体内充电系统的七根传输线分别连接。
进一步地,所述的伸缩驱动组件包括第一连杆、第二连杆、驱动滑块、滑轨和单轴驱动器。单轴驱动器的基座固定在车载外壳内。滑轨固定在单轴驱动器的滑动块上。滑轨的轴线平行于第一连杆、第二连杆的相对滑动方向,且垂直于单轴驱动器的驱动方向。驱动滑块与滑轨构成滑动副。第一连杆、第二连杆的一端均与驱动滑块铰接,另一端与固定管、伸缩件分别构成滑动副。
进一步地,所述的升降驱动器包括升降丝杠、升降螺母和升降电机。竖直设置的升降丝杠支承在桩体内。升降电机固定在桩体上,且输出轴与升降丝杠的一端固定。升降螺母固定在插座主体内。升降螺母与升降丝杠构成螺旋副。
进一步地,所述的车载充电机构还包括身份标识。身份标识安装在AGV小车上。充电桩还包括标识读取装置。标识读取装置安装在桩体上。
进一步地,所述充电插头的外端面呈圆锥状。保护滑块的外端面设置有锥形凹槽。所述弹性臂的材质为橡胶。所述的联动连接件采用绳索。
该重载AGV自动充电装置的充电方法具体如下:
步骤一、被充电AGV小车移动到充电桩处,使得充电插头对准插座主体上充电通道的升降轨迹。
步骤二、升降驱动器驱动插座主体移动至与充电插头高度对应的高度。
步骤三、伸缩驱动组件驱动弹性臂推出,使得弹性臂伸入充电通道,并在导向段的引导下发生弯曲,消除充电AGV小车定位时的横向误差和插座主体定位时的纵向误差,使得充电插头与充电通道内的充电接口对齐。
步骤四、充电插头进入充电通道的充电段,推动保护滑块滑动,使得充电插头与充电接口对接。同时,保护滑块拉动n根锁紧凸轮杆滑动,使得n根滑动锁杆的沿径向滑动,抵住弹性臂。
步骤五、对AGV小车充电。
步骤六、充电完成后,伸缩驱动组件驱动弹性臂缩回,保护滑块、n根锁紧凸轮杆、n根滑动锁杆分别复位。
本发明具有的有益效果是:
1、本发明通过重型AGV自动伸出充电插头的形式,实现充电插头与充电插座的对接,完成自动充电。在充电插头伸出的过程中,弹性臂与充电插座上的充电通道相配合,能够自动补偿横向和纵向误差,进而在不提高对重型AGV定位精度的基础上实现了充电插头与充电插座的高精度对接。
2、本发明的充电插座能够升降,故能够满足不同型号的AGV的充电需求。
3、本发明的锁紧保护组件在初始状态下能够保护充电接口,在充电状态下,能够锁紧弹性臂,进而保证了充电插座的寿命和充电过程的稳定性。
4、本发明将竖直升降转化为水平伸缩,节省空间,呈V形设置的第一连杆、第二连杆能够放大位移量,使得本发明能够选用行程更小的单轴驱动器,以降低成本。
5、本发明使用视觉技术识别各车型的充电枪信息,通用性高,有较大经济效益。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图;
图2为本发明中车载充电机构与充电桩的对接示意图;
图3为本发明中车载充电机构的第一张示意图;
图4为本发明中车载充电机构的第二张示意图;
图5为本发明中车载充电机构的运动简图;
图6为本发明中充电插头与充电插座对接的示意图;
图7为本发明中插座主体的立体图;
图8为本发明中插座主体的剖视图;
图9为本发明中锁紧保护组件的运动简图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2、3和4所示,重载AGV自动充电装置,包括车载充电机构6和充电桩5。车载充电机构6包括身份标识2、充电插头3、车载外壳7、弹性臂8、封盖9、固定管10、伸缩件16和伸缩驱动组件。弹性臂8的材质为橡胶。车载外壳7固定在AGV小车1内。身份标识2安装在AGV小车1上。身份标识2采用印有二维码的卡片。身份标识2记载有对应的AGV小车1信息或指向对应的AGV小车1信息在数据库中的存储位置。AGV小车1信息包括充电电压、最大充电电流、AGV型号和充电插头3高度。
如图3所示,封盖9设置在车载外壳7的顶部。固定管10固定在车载外壳7内。伸缩件16与固定管10构成沿水平方向滑动的滑动副。弹性臂8的内端与伸缩件16固定。充电插头3的外端面呈圆锥状。充电插头3的侧面为圆柱面,且设置有沿充电插头3轴向依次等间距排列的七个金属触圈3-1。以七个金属触圈3-1作为传输介质的充电插头3满足《电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求》(GB/T20234-2006)以及(GB/T20234-2011)。七个金属触圈3-1分别对应三相交流电源、中线、设备地、充电连接确认、控制导引。充电插头3的七个金属触圈3-1与AGV小车1内车载充电管理模块的七个输入接口分别连接。
如图4和5所示,伸缩驱动组件包括第一连杆12、第二连杆15、驱动滑块、滑轨13和单轴驱动器14。单轴驱动器14的型号为LX1502-B1-A1525-75,其为丝杠螺母时单轴电动滑台。单轴驱动器14的基座固定在车载外壳7内。滑轨13固定在单轴驱动器14的滑动块上。滑轨13的轴线平行于第一连杆12、第二连杆15的相对滑动方向,且垂直于单轴驱动器14的驱动方向(即内部丝杠的轴线方向)。驱动滑块与滑轨13构成滑动副。第一连杆12、第二连杆15的一端均与驱动滑块铰接,另一端与固定管10、伸缩件16分别构成滑动副。伸缩驱动组件内单轴驱动器14能够驱动伸缩件16进行滑动,且呈V形设置的第一连杆12、第二连杆15能够放大位移量,使得本发明能够选用行程更小的单轴驱动器14,以降低成本。
如图1和2所示,充电桩5包括充电系统、桩体17、标识读取装置4、充电插座11和升降驱动器。标识读取装置4安装在桩体17上。标识读取装置4采用摄像机,用于读取身份标识对应的AGV小车1信息。桩体17固定在充电点的地面上。充电系统安装在桩体17内。充电系统具有满足《电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求》(GB/T20234-2006)以及(GB/T20234-2011)的七根传输线,对应三相交流电源、中线、设备地、充电连接确认、控制导引。
如图2、6、7和8所示,充电插座11包括插座主体18和锁紧保护组件。插座主体18与桩体17构成沿竖直方向滑动的滑动副。升降驱动器包括升降丝杠、升降螺母和升降电机。竖直设置的升降丝杠支承在桩体17内。升降电机固定在桩体17上,且输出轴与升降丝杠的一端固定。升降螺母固定在插座主体18内。升降螺母与升降丝杠构成螺旋副。插座主体18上的开设有充电通道。充电通道由同轴且依次相连的导向段18-1、锁紧段18-2、充电段18-3组成。导向段18-1的外端位于插座主体18的外侧面。导向段18-1由外至内的横截面逐渐缩小。
导向段18-1外端端部的横截面呈椭圆形,且该椭圆形的长轴水平设置。该椭圆形的长轴长度等于3.5D1,短轴长度等于2.5D1。D1为弹性臂8的直径,其值等于40mm。导向段18-1内端端部的横截面呈圆形,且直径等于1.05D1。锁紧段18-2的横截面呈圆形,且直径等于D1+0.5mm。锁紧段18-2与导向段18-1的连接处设有倒角。导向段18-1渐缩式的设计,使得弹性臂8只要能够在导向段18-1外端椭圆形的范围内,就能够使得弹性臂8在导向段18-1的引导下发生变形;当弹性臂8进入锁紧段18-2时,充电插头3与充电段18-3对齐。
充电段18-3的横截面呈圆形,且直径等于D2+0.5mm。D2为充电插头3的直径。充电段18-3处安装有充电接口。充电接口与充电插头3对应,对接后能够输电。具体的,充电接口包括七个弹簧针组。弹簧针组由沿充电段18-3轴线的周向均布的多根弹簧针组成。同一弹簧针组内的多根弹簧针连接在一起。七个弹簧针组沿充电段18-3的轴线方向依次排列。七个弹簧针组到导向段18-1内端端面的距离与七个金属触圈3-1到弹性臂8外端端面的距离分别相等。因此,当弹性臂8外端端面与导向段18-1内端端面接触时,七个弹簧针组内的弹簧针分别抵住充电插头3上的七个金属触圈3-1。七个弹簧针组与充电系统的七根传输线分别连接,且连接顺序与充电插头3的七个金属触圈3-1连接车载充电管理模块七个输入接口的顺序对应。
如图2、6、8和9所示,锁紧保护组件包括保护滑块19、保护复位弹簧20和锁紧单元。保护滑块19设置在充电段18-3内,且与充电段18-3构成滑动副。保护滑块19的侧面为圆柱面,且直径等于D2。保护复位弹簧20的一端与保护滑块19的内端固定,另一端与插座主体18的内腔固定。保护滑块19的外端面设置有锥形凹槽。锥形凹槽的形状与充电插头3呈圆锥状的外端面对应。初始状态下,充电接口内的所有弹簧针均与保护滑块19接触,进而避免弹簧针与外界接触,减缓充电接口的老化。
插座主体18上开设有n条轴向锁位滑道18-4和n条径向锁定滑道18-5,n=4。n条轴向锁位滑道18-4的轴线均与导向段18-1的轴线平行,且沿导向段18-1的周向均布。n条径向锁定滑道18-5的一端与n条轴向锁位滑道18-4的中部分别连通,另一端均与导向段18-1的侧面连通。
锁紧单元包括锁紧凸轮杆21(其起到移动凸轮的作用)、滑动锁杆22、联动连接件23、第一锁紧复位弹簧24和第二锁紧复位弹簧25。联动连接件23采用绳索。锁紧单元共有n个。n个锁紧单元内的锁紧凸轮杆21分别设置在n条轴向锁位滑道18-4内,并与n条轴向锁位滑道18-4分别构成滑动副。n根滑动锁杆22分别设置在n条径向锁定滑道18-5内,并与n条径向锁定滑道18-5分别构成滑动副。锁紧凸轮杆21的侧部设置有锁紧凸起。n根锁紧凸轮杆21上的锁紧凸起均朝向充电通道的锁紧段18-2。
n根锁紧复位弹簧分别设置在n条轴向锁位滑道18-4的内端,且一端与n根锁紧凸轮杆21的内端分别固定,另一端与n条轴向锁位滑道18-4的内端分别固定。滑动锁杆22呈十字形(即中部设置有横向凸起)。n根第二锁紧复位弹簧25分别设置在n条径向锁定滑道18-5内,且一端与n根滑动锁杆22(横向凸起处)分别固定,另一端与n条径向锁定滑道18-5分别固定。n根联动连接件23的一端与n根锁紧凸轮杆21的外端分别固定,另一端均与保护滑块19固定。
初始状态下,n根滑动锁杆22到锁紧段18-2轴线的距离大于锁紧段18-2的直径(即滑动锁杆22未伸入锁紧段18-2内)。弹性臂8外端端面与导向段18-1内端端面接触的状态下,n根滑动锁杆22到锁紧段18-2轴线的距离小于D1(即滑动锁杆22伸入锁紧段18-2内,并挤压弹性臂8,使弹性臂8变形,此时n根滑动锁杆22到锁紧段18-2轴线的距离具体为D1-1mm)。
当保护滑块19在充电插头3的推动下向后滑动时,将通过n根联动连接件23分别拉动n根锁紧凸轮杆21滑动。n根锁紧凸轮杆21在滑动中,锁紧凸轮杆21上的锁紧凸起与对应的滑动锁杆22接触,从而推动对应的滑动锁杆22向锁紧段18-2的轴线滑动,使得滑动锁杆22的端部挤压弹性臂8,使得弹性臂8的侧面被压出凹坑,实现对滑动锁杆22的锁紧,避免AGV小车1或充电桩受到外力冲击时充电中断,保证充电的稳定性。
该重载AGV自动充电装置的充电方法具体如下:
步骤一、被充电AGV小车1移动到充电桩处,使得充电插头3对准插座主体18上充电通道的升降轨迹。充电桩上的标识读取装置4读取AGV小车1上的身份标识,从而获取被充电AGV小车1的车型和充电插头3高度。
步骤二、升降驱动器驱动插座主体18移动至与充电插头3高度对应的高度。
步骤三、单轴驱动器驱动弹性臂8推出,使得弹性臂8伸入充电通道,并在导向段18-1的引导下发生弯曲,消除充电AGV小车1定位时的横向误差和插座主体18定位时的纵向误差,使得充电插头3与充电通道内的充电接口对齐。
步骤四、充电插头3进入充电通道的充电段18-3,推动保护滑块19滑动,使得弹性臂8外端端面与导向段18-1内端端面接触,七个弹簧针组内的弹簧针分别抵住充电插头3上的七个金属触圈3-1。同时,保护滑块19拉动n根锁紧凸轮杆21滑动,使得n根滑动锁杆22的沿径向滑动,抵住弹性臂8。
步骤五、充电桩上的充电系统启动,为AGV小车1充电。
步骤六、充电完成后,单轴驱动器驱动弹性臂8缩回(此处,虽然弹性臂8被n根滑动锁杆22抵住,但通过施加轴向拉力,依然能够拔出),保护滑块19、n根锁紧凸轮杆21、n根滑动锁杆22分别复位。
Claims (10)
1.一种重载AGV自动充电装置,包括车载充电机构和充电桩;其特征在于:所述的车载充电机构包括充电插头、车载外壳、弹性臂、固定管、伸缩件和伸缩驱动组件;所述的固定管固定在车载外壳内;伸缩件与固定管构成滑动副,并由伸缩驱动组件驱动;所述弹性臂的内端与伸缩件固定;
所述的充电桩包括桩体、充电插座和升降驱动器;所述的充电插座包括插座主体和锁紧保护组件;插座主体与桩体构成沿竖直方向滑动的滑动副,并由升降驱动器驱动;所述插座主体上的开设有充电通道;充电通道由依次相连的导向段、锁紧段、充电段组成;导向段呈由外至内的渐缩状;充电段处安装有充电接口;充电接口与充电插头对应;
所述的锁紧保护组件包括保护滑块、保护复位弹簧和锁紧单元;所述的保护滑块设置在充电段内;保护复位弹簧的两端与保护滑块、插座主体分别连接;所述插座主体上开设有n条轴向锁位滑道和n条径向锁定滑道,n≤10;n条轴向锁位滑道沿导向段的周向排列;n条径向锁定滑道的一端与n条轴向锁位滑道分别连通,另一端均与导向段的侧面连通;
所述的锁紧单元包括锁紧凸轮杆、滑动锁杆、联动连接件、第一锁紧复位弹簧和第二锁紧复位弹簧;锁紧单元共有n个;n个锁紧单元内的锁紧凸轮杆分别设置在n条轴向锁位滑道内;n根滑动锁杆分别设置在n条径向锁定滑道内;锁紧凸轮杆的侧部设置有锁紧凸起;n根锁紧凸轮杆上的锁紧凸起均朝向充电通道的锁紧段;
n根锁紧复位弹簧的一端与n根锁紧凸轮杆分别固定,另一端均与插座主体固定;n根第二锁紧复位弹簧的一端与n根滑动锁杆分别固定,另一端均与插座主体固定;n根联动连接件的一端与n根锁紧凸轮杆的外端分别固定,另一端均与保护滑块固定。
2.根据权利要求1所述的一种重载AGV自动充电装置,其特征在于:初始状态下,充电接口与保护滑块接触,n根滑动锁杆到锁紧段轴线的距离大于锁紧段的直径;弹性臂外端端面与导向段内端端面接触的状态下,n根滑动锁杆到锁紧段轴线的距离小于D1;D1为弹性臂的直径。
3.根据权利要求1所述的一种重载AGV自动充电装置,其特征在于:所述导向段外端端部的横截面呈椭圆形,且该椭圆形的长轴水平设置;该椭圆形的长轴长度等于3.5D1,短轴长度等于2.5D1;D1为弹性臂的直径;导向段内端端部的横截面呈圆形,且直径等于1.05D1;锁紧段的横截面呈圆形,且直径等于D1+0.5mm;锁紧段与导向段的连接处设有倒角;充电段的横截面呈圆形,且直径等于D2+0.5mm;D2为充电插头的直径;所述保护滑块的侧面为圆柱面,且直径等于D2。
4.根据权利要求1所述的一种重载AGV自动充电装置,其特征在于:所述充电插头的侧面上设置有沿充电插头轴向依次等间距排列的七个金属触圈;所述的充电接口包括七个弹簧针组;弹簧针组由沿充电段轴线的周向均布的多根弹簧针组成;同一弹簧针组内的多根弹簧针连接在一起;七个弹簧针组沿充电段的轴线方向依次排列;七个弹簧针组到充电通道导向段内端端面的距离与七个金属触圈到弹性臂外端端面的距离分别相等。
5.根据权利要求4所述的一种重载AGV自动充电装置,其特征在于:所述充电插头的七个金属触圈与AGV小车内车载充电管理模块的七个输入接口分别连接;充电接口内七个弹簧针组与桩体内充电系统的七根传输线分别连接。
6.根据权利要求1所述的一种重载AGV自动充电装置,其特征在于:所述的伸缩驱动组件包括第一连杆、第二连杆、驱动滑块、滑轨和单轴驱动器;单轴驱动器的基座固定在车载外壳内;滑轨固定在单轴驱动器的滑动块上;滑轨的轴线平行于第一连杆、第二连杆的相对滑动方向,且垂直于单轴驱动器的驱动方向;驱动滑块与滑轨构成滑动副;第一连杆、第二连杆的一端均与驱动滑块铰接,另一端与固定管、伸缩件分别构成滑动副。
7.根据权利要求1所述的一种重载AGV自动充电装置,其特征在于:所述的升降驱动器包括升降丝杠、升降螺母和升降电机;竖直设置的升降丝杠支承在桩体内;升降电机固定在桩体上,且输出轴与升降丝杠的一端固定;升降螺母固定在插座主体内;升降螺母与升降丝杠构成螺旋副。
8.根据权利要求1所述的一种重载AGV自动充电装置,其特征在于:所述的车载充电机构还包括身份标识;身份标识安装在AGV小车上;充电桩还包括标识读取装置;标识读取装置安装在桩体上。
9.根据权利要求1所述的一种重载AGV自动充电装置,其特征在于:所述充电插头的外端面呈圆锥状;保护滑块的外端面设置有锥形凹槽;所述弹性臂的材质为橡胶;所述的联动连接件采用绳索。
10.如权利要求1所述的一种重载AGV自动充电装置的充电方法,其特征在于:步骤一、被充电AGV小车移动到充电桩处,使得充电插头对准插座主体上充电通道的升降轨迹;
步骤二、升降驱动器驱动插座主体移动至与充电插头高度对应的高度;
步骤三、伸缩驱动组件驱动弹性臂推出,使得弹性臂伸入充电通道,并在导向段的引导下发生弯曲,消除充电AGV小车定位时的横向误差和插座主体定位时的纵向误差,使得充电插头与充电通道内的充电接口对齐;
步骤四、充电插头进入充电通道的充电段,推动保护滑块滑动,使得充电插头与充电接口对接;同时,保护滑块拉动n根锁紧凸轮杆滑动,使得n根滑动锁杆的沿径向滑动,抵住弹性臂;
步骤五、对AGV小车充电;
步骤六、充电完成后,伸缩驱动组件驱动弹性臂缩回,保护滑块、n根锁紧凸轮杆、n根滑动锁杆分别复位。
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