CN112267683B - 一种轻型混凝土现浇机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻型混凝土现浇机器人,所述现浇机器人包括车身、运动系统、下料系统、振捣系统、抹面系统以及分别与运动系统、下料系统、振捣系统及抹面系统电连接的控制系统,所述运动系统设于车身的底部,所述下料系统、振捣系统和抹面系统均设于车身上,所述下料系统包括内部设有混凝土通道的下料筒,所述下料筒的底部设有向车身后方开口的混凝土出料口,所述振捣系统包括可升降并位于车身后方的振捣棒,所述抹面系统包括具有多自由度的抹面器,所述抹面器位于车身的一侧。与现有技术相比,本发明可以同时进行混凝土下料、振捣、抹面,轻型灵活,代替传统人力劳动,提高施工机械化程度。
Description
技术领域
本发明属于混凝土现浇施工领域,具体涉及一种轻型混凝土现浇机器人。
背景技术
传统混凝土现浇施工方案主要存在以下问题:
1.人力利用效率低:一般来说,下料管虽然可以遥控,但机械位置较高,精度有限,仍需要一个或多个工人扶着下料管才能使混凝土浇注到正确的位置上;一个振捣机需要一个工人连续重复作业,但技术含量并不算太高;抹面可以用抹面机,但是抹面机也是由工人手持使用的,有时需要多个工人一同作业。
2.抹面精度有限:工人抹面时,通过现场的标高指示来确定抹面的厚度,指示物可以是放线或是竖标,但这样仍需要依靠工人的经验控制精度。
3.传统机械化设备过于庞大:市面上也存在自动振捣机和自动抹面机,但是这些机械都是用一个很大的架子架在路面两侧,然后用多个振捣机或大型抹面器进行整体性的施工,一旦路面很宽,这种机械就会很庞大,如果是在桥面上施工的话,升降运送会很困难,而且无法处理人孔这样的特殊部位。
发明内容
本发明的目的就是提供一种轻型混凝土现浇机器人,该机器人可以同时进行混凝土下料、振捣、抹面,轻型灵活,代替传统人力劳动,提高施工机械化程度,避免使用大功率设备,避免使用重型机械,简化机器人运动形式,同时保证机器人的运动具有足够的自由度。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种轻型混凝土现浇机器人,所述现浇机器人包括车身、运动系统、下料系统、振捣系统、抹面系统以及分别与运动系统、下料系统、振捣系统及抹面系统电连接的控制系统,所述运动系统设于车身的底部,所述下料系统、振捣系统和抹面系统均设于车身上,所述下料系统包括内部设有混凝土通道的下料筒,所述下料筒的底部设有向车身后方开口的混凝土出料口,所述振捣系统包括可升降并位于车身后方的振捣棒,所述抹面系统包括具有多自由度的抹面器,所述抹面器位于车身的一侧。
所述车身包括与运动系统相连接的主骨架、用于放置下料系统的辅助骨架和车盖,所述辅助骨架设于主骨架的后方,所述车盖设于主骨架的顶部,所述振捣系统和抹面系统均设于车盖上。
所述主骨架采用桁架结构,各钢板之间留有较大空隙,以便管线通过,所述辅助骨架包括成对设置的支撑台、连接成对支撑台的连接横梁、成对竖直设于连接横梁两端的辅助梁,设于支撑台下方的防护板以及设于成对防护板之间的放置台,所述辅助梁和主骨架相连,所述放置台上设有多个间隔设置的分隔板,所述分隔板的顶部不超过支撑台所在平面,避免与下料系统的下料转机相碰触,影响下料转机的工作。
所述车盖的前方设有竖直挡板,遮挡住主骨架,避免一些外来的障碍物进入到主骨架中影响位于主骨架中的驱动装置的运转。
所述下料系统还包括成对设置的下料支架以及水平设于成对下料支架之间的下料转机,所述下料支架设于车身上,所述下料筒设于下料转机的上方,所述下料筒的顶部设有下料管接口,所述混凝土出料口正对下料转机。下料支架大部分位于支撑台上,小部分位于车盖上,使得下料系统下料时混凝土能够往后方流出,避免浇筑到机器人上。下料转机和控制系统电连接,控制系统控制下料转机的启闭。
所述下料转机包括水平设置的转轮、多个沿周向设于转轮上并用于送出混凝土的扇叶以及一对分别设于转轮两端的连接轴,所述连接轴和下料支架相连接,扇叶有利于将混凝土向后打出(在工作时需注意转轮的旋转方向,否则混凝土便不是往后流出,而是往前流出),避免混凝土落在机器人上。
所述下料系统还包括设于下料转机前方的转机护罩,所述转机护罩设于车身上。
所述下料筒包括下料筒前壳体、下料筒后壳体、一对设于下料筒前壳体及下料筒后壳体之间的下料筒侧壳体以及设于顶部的下料筒上封盖,所述下料管接口设于下料筒上封盖上,
所述转机护罩包括护罩外壳体以及一对分别设于护罩外壳体两侧的护罩侧壳体,所述护罩外壳体呈圆弧设置,所述护罩外壳体分别和下料筒前壳体及两个下料筒侧壳体相连,所述护罩外壳体上设有与混凝土出料口相适配的护罩开口。
所述振捣系统还包括振捣机和振捣棒支架,所述振捣棒支架包括与振捣棒相接触的升降横梁以及一对分别设于升降横梁两端的连接纵梁,所述连接纵梁的端部设有支架转轴并通过支架转轴和车身相连接。连接纵梁设于辅助骨架中的支撑台的两侧,以便能够进行旋转。振捣棒和振捣机采用现有的设备,振捣棒和振捣机之间设有连接管道,连接管道穿过放置台上相邻的间隔板之间预留出的空间,避免在工作过程中连接管道滑落。支架转轴为电动转轴,用于振捣棒支架的收放,支架转轴和控制系统电连接,控制系统控制支架转轴的旋转,振捣机也与控制系统电连接。
所述振捣系统还包括设于振捣机外侧的振捣机防护罩以及多个设于振捣机侧面的信号发射接收器,所述振捣机防护罩和信号发射接收器均设于车身上。信号发射接收器用于机器人与外界进行数据交互,并搭载数据处理及指令芯片,是机器人的控制中枢,即本发明中的控制系统,信号发射接收器也设于振捣机防护罩的内部,避免受到外界障碍物的碰撞,也可将控制系统设置成其他的结构,也可将其放置在其他位置,根据具体情况进行设置。
所述抹面系统还包括支撑座和连接臂组件,所述连接臂组件包括依次设置的第一连接臂、第二连接臂、成对的第三连接臂和连接关节,所述支撑座和车身旋转连接,所述支撑座上设有连接耳,所述第一连接臂和连接耳旋转连接,所述第二连接臂和第一连接臂旋转连接,成对的第三连接臂分别设于第二连接臂的两侧,所述连接关节中设有旋转转轴,所述第三连接臂和旋转转轴连接,所述抹面器和连接关节活动连接。
所述抹面系统还包括设于连接关节和抹面器之间的升降杆,所述升降杆的底部设有用于驱动抹面器进行水平旋转的连接头,所述抹面器的中部设有与连接头相适配的连接凸台,所述抹面器沿周向设有多个齿,所述抹面器为轻质板,通过转动进行涂抹作业,连接头是一个转轴,可由电动机进行驱动。
所述支撑座上设有第一自由度转轴并通过第一自由度转轴和车身旋转连接,所述第一连接臂和连接耳的连接处为第二自由度转轴,所述第一连接臂和第二连接臂的连接处为第三自由度转轴,所述第三连接臂和旋转转轴的连接处为第四自由度转轴,第一自由度转轴、第二自由度转轴、第三自由度转轴和第四自由度转轴均设有电机,这几处的电机均与控制系统电连接,升降杆为丝杆升降机,也与控制系统电连接。
所述运动系统包括机架、成对的车轮、履带和驱动装置,所述机架包括成对设置的保护板以及多个主驱动杆,所述主驱动杆贯穿设于成对的保护板之间并和驱动装置传动连接,成对的车轮分别设于主驱动杆的两端,所述履带套设在车轮外,所述驱动装置设于机架上。驱动装置驱动主驱动杆进行旋转,主驱动杆带动车轮进行旋转。
传统的下料机械体型庞大,是将混凝土运送至很高的位置,再在一定高度处释放。本发明的特点是:在混凝土释放后,使用带有扇叶的下料转机将混凝土向后方加速打出,一方面可以减轻泵送机的负担,另一方面可以保证混凝土不会浇到机器人上。在动力充足的情况下,可以配套使用小型泵送设备。
本发明中的振捣方式依旧采用传统的下放振捣棒的形式,为简化运动形式,振捣棒的升降仅由振捣棒支架实现:需要振捣时,振捣棒支架自动收起(即向下旋转,贴紧主骨架),振捣棒自由落下进入混凝土中;振捣结束后振捣棒支架打开(即向上旋转,原理主骨架),将振捣棒支起。
本发明中的抹面系统由支撑座、连接臂加抹面器(薄转盘)构成,支撑座和连接臂具有四个自由度,使得抹面器也具有四自由度,其中连接关节和抹面器之间装有升降杆,可以进行长度的微调,可以精准控制抹面器的高程和角度,并可以进行大范围高自由作业,遇到人孔等部位也可以准确地避开。
本发明为了使机器人可以方便地在钢筋网上行走,使用四轮履带式运动模式。履带可以增强车轮整体性,避免某个车轮陷入钢筋网的缝隙中,同时也可以增大机器人与钢筋网的接触面积以减小压强。
本发明在作业时,先将外界的下料管与下料系统的下料管接口相连,让机器人在桥面上蛇形行进,行进时下料管关闭,下料系统的下料转机不工作,振捣机不运行,振捣棒支架支起。每行进一定距离,运动系统制动,放下振捣棒支架,让振捣棒落到钢筋网上,下料转机开始工作,稳定后下料管开始释放混凝土,经过一段时间后振捣机开始工作。待下料与振捣结束,各设备关闭,振捣棒支架支起,机器人向前行进。下料与振捣都在机器人的后方进行,而抹面器在机器人侧面工作,涂抹之前浇注好的区域,可以通过机械臂组件进行大范围的涂抹作业,遇到人孔、防撞墙等区域也可以自动避开。
与现有技术相比,本发明的有益效果有:
(1)可以减少施工人员工作量。
(2)灵活性和精度较高,施工节奏紧凑,可以灵活地在钢筋网上行走、制动、转弯、避开障碍物。
(3)可实现混凝土现浇的自动化施工,机械化程度高。
附图说明
图1为轻型混凝土现浇机器人前方视角下的结构示意图;
图2为轻型混凝土现浇机器人后方视角下的结构示意图;
图3为车身的结构示意图;
图4为车身中各构件的分解结构示意图;
图5为下料系统的结构示意图;
图6为下料系统中各构件的分解结构示意图;
图7为振捣系统的结构示意图;
图8为振捣系统中各构件的分解结构示意图;
图9为抹面系统的结构示意图;
图10为抹面系统中各构件的分解结构示意图;
图11为运动系统的结构示意图;
图12为运动系统中各构件的分解结构示意图。
图中:1-车身;2-主骨架;3-辅助骨架;301-支撑台;302-连接横梁;303-防护板;304-放置台;305-分隔板;306-辅助梁;4-车盖;5-下料系统;6-下料筒;601-混凝土出料口;602-下料管接口;603-下料筒前壳体;604-下料筒后壳体;605-下料筒侧壳体;606-下料筒上封盖;7-下料支架;701-连接轴支撑耳;8-下料转机;801-扇叶;802-连接轴;9-转机护罩;901-护罩外壳体;902-护罩侧壳体;903-护罩开口;10-振捣系统;11-振捣棒;12-振捣机;13-振捣棒支架;1301-升降横梁;1302-连接纵梁;1303-支架转轴;14-振捣机防护罩;15-信号发射接收器;16-抹面系统;17-抹面器;1701-连接凸台;1702-齿;18-支撑座;1801-连接耳;1802-第一自由度转轴;19-连接臂组件;1901-第一连接臂;1902-第二连接臂;1903-第三连接臂;1904-连接关节;1905-旋转转轴;20-升降杆;2001-连接头;21-运动系统;22-机架;2201-保护板;2202-主驱动杆;23-车轮;24-履带;25-驱动装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1、2所示,一种轻型混凝土现浇机器人,现浇机器人包括车身1、运动系统21、下料系统5、振捣系统10、抹面系统16以及分别与运动系统21、下料系统5、振捣系统10及抹面系统16电连接的控制系统,运动系统21设于车身1的底部,下料系统5、振捣系统10和抹面系统16均设于车身1上,下料系统5包括内部设有混凝土通道的下料筒6,下料筒6的底部设有向车身1后方开口的混凝土出料口601,振捣系统10包括可升降并位于车身1后方的振捣棒11,抹面系统16包括具有多自由度的抹面器17,抹面器17位于车身1的一侧。本发明中的“前方”和“后方”是以机器人在工作时行进的方向为基准进行说明的。
如图3、4所示,车身1包括与运动系统21相连接的主骨架2、用于放置下料系统5的辅助骨架3和车盖4,辅助骨架3设于主骨架2的后方,车盖4设于主骨架2的顶部,振捣系统10和抹面系统16均设于车盖4上,主骨架2采用桁架结构,呈长方体结构,驱动装置25位于主骨架2中,辅助骨架3包括成对设置的支撑台301、连接成对支撑台301的连接横梁302、成对竖直设于连接横梁302两端的辅助梁306、设于支撑台301下方的防护板303以及设于成对防护板303之间的放置台304,辅助梁306和主骨架2相连接(连接横梁302的水平高度略高于车盖4的水平高度),防护板303也和辅助梁306相连接,放置台304上设有多个间隔分布的分隔板305,分隔板305的顶部不超过支撑台301所在平面,车盖4的前方向下延伸设有竖直挡板,竖直挡板的高度以遮挡住主骨架2为宜,车盖4的两侧也设有侧挡板,用于与主骨架2配合,避免左右晃动。
如图5、6所示,下料系统5还包括成对设置的下料支架7、水平设于成对下料支架7之间的下料转机8(下料转机8悬空设于放置台304上方)以及设于下料转机8前方的转机护罩9,下料支架7大部分设于支撑台301上,小部分设于车盖4上,下料转机8包括水平设置的转轮、多个沿周向设于转轮上并用于送出混凝土的扇叶801以及一对分别设于转轮两端的连接轴802,转轮的两侧设有遮挡板,连接轴802和下料支架7相连接(下料支架7上设有连接轴支撑耳701,连接轴支撑耳701的顶部设有与连接轴802相适配的弧形凹陷),转机护罩9设于车盖4上,下料筒6设于下料转机8的上方,下料筒6的顶部设有下料管接口602,混凝土出料口601正对下料转机8的扇叶801。下料筒6包括下料筒前壳体603、下料筒后壳体604、一对设于下料筒前壳体603及下料筒后壳体604之间的下料筒侧壳体605以及设于顶部的下料筒上封盖606,下料管接口602设于下料筒上封盖606上,下料筒前壳体603的高度大于下料筒后壳体604的高度,转机护罩9包括护罩外壳体901以及一对分别设于护罩外壳体901两侧的护罩侧壳体902,护罩外壳体901呈圆弧设置,护罩外壳体901分别和下料筒前壳体603及两个下料筒侧壳体605相连(两个下料筒侧壳体605的底部设置成弧形),护罩外壳体901上设有与混凝土出料口601相适配的护罩开口903。
如图7、8所示,振捣系统10还包括振捣机12、振捣棒支架13、设于振捣机12外侧的振捣机防护罩14以及多个设于振捣机12侧面并位于振捣机防护罩14内部的信号发射接收器15(本实施例中采用两个),振捣机防护罩14设于两个下料支架7之间(下料支架7上设有紧邻振捣机防护罩14的三角限位架),振捣棒支架13包括与振捣棒11相接触的升降横梁1301以及一对分别设于升降横梁1301两端的连接纵梁1302,连接纵梁1302的端部设有支架转轴1303并通过支架转轴1303和车身1相连接,振捣机防护罩14和信号发射接收器15均设于车身1上,振捣机12和振捣棒11之间设有连接管道,连接管道穿过放置台304上相邻的间隔板305之间预留出的空间,振捣机防护罩14面向前方的表面为锯齿状结构,振捣机防护罩14的大小根据振捣机12及信号发射接收器15的体积进行设置。
如图9、10所示,抹面系统16还包括支撑座18(支撑座18紧邻振捣机防护罩14并位于振捣机防护罩14的前方)、连接臂组件19和升降杆20,连接臂组件19包括依次设置的第一连接臂1901、第二连接臂1902、成对的第三连接臂1903和连接关节1904,支撑座18和车身1旋转连接,支撑座18上设有连接耳1801,第一连接臂1901和连接耳1801旋转连接,第二连接臂1902和第一连接臂1901旋转连接,成对的第三连接臂1903分别设于第二连接臂1902的两侧,连接关节1904中设有旋转转轴1905,第三连接臂1903和旋转转轴1905连接,升降杆20设于连接关节1904和抹面器17之间(升降杆20的顶端可固定在连接关节1904上,通过升降改变升降杆20的末端相对于连接关节1904的位置高度),升降杆20(可为丝杆升降机)的底部设有用于驱动抹面器17进行水平旋转的连接头2001(为一电动转轴),抹面器17的中部设有与连接头2001相适配的连接凸台1701,连接凸台1701上设有用于连接凸纹(呈五角星状),抹面器17沿周向设有多个齿1702,支撑座18上设有第一自由度转轴1802并通过第一自由度转轴1802和车盖4旋转连接(连接耳1801邻近振捣机防护罩14,第一自由度转轴1802远离振捣机防护罩14,以便支撑座18可绕着第一自由度转轴1802进行任意的旋转),第一连接臂1901和连接耳1801的连接处为第二自由度转轴,第一连接臂1901和第二连接臂1902的连接处为第三自由度转轴,即第一连接臂1901的两端均设置成圆柱体状,第二连接臂1902与第一连接臂1901连接的端部设置成圆柱体状,第三连接臂1903和旋转转轴1905的连接处为第四自由度转轴,连接关节1904为一上方、下方及后方均开口的空心长方体。
如图11、12所示,运动系统21包括机架22、成对的车轮23(本实施例中共设置两对,即四轮)、履带24和驱动装置25(位于主骨架2中),机架22包括成对设置的保护板2201以及多个主驱动杆2202(本实施例中采用两个),主驱动杆2202贯穿设于成对的保护板2201之间并和驱动装置25传动连接,成对的车轮23分别设于主驱动杆2202的两端,履带24套设在车轮23外,驱动装置25设于机架22上,驱动装置25包括一方盒以及设于方盒中的电池、电动机等构件,方盒的两侧均设有供主驱动杆2202穿过的连接孔,电动机与主驱动杆2202传动连接,驱动主驱动杆2202进行旋转。
根据设计估计,机器人车身长在1.5m左右,关于抹面标高的控制:这一点未在设计中说明,因为标高的控制可能需要依赖外部设备的协助,比如机器人通过激光测距技术实时测量自身高程,再通过计算确定各转轴转动的角度。
最后应说明的是,本发明仅提供一种机器人设计方案,具体的设计细节以及尺寸、电路设计、电机、杆件型号规格等需要根据实际情况,按照相应生产活动的要求确定,本发明中未详尽说明的构件均可采用现有的设备。另外,对于箱梁或T梁桥,本机器人并不适用于腹板的浇注,但可以按照同样的思路设计腹板浇注机器人,即去掉抹面系统,将升降机装载到振捣系统上,运动系统改为爬行式等。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种轻型混凝土现浇机器人,其特征在于,所述现浇机器人包括车身(1)、运动系统(21)、下料系统(5)、振捣系统(10)、抹面系统(16)以及分别与运动系统(21)、下料系统(5)、振捣系统(10)及抹面系统(16)电连接的控制系统,所述运动系统(21)设于车身(1)的底部,所述下料系统(5)、振捣系统(10)和抹面系统(16)均设于车身(1)上,所述下料系统(5)包括内部设有混凝土通道的下料筒(6),所述下料筒(6)的底部设有向车身(1)后方开口的混凝土出料口(601),所述振捣系统(10)包括可升降并位于车身(1)后方的振捣棒(11),所述抹面系统(16)包括具有多自由度的抹面器(17),所述抹面器(17)位于车身(1)的一侧,
所述抹面系统(16)还包括支撑座(18)和连接臂组件(19),所述连接臂组件(19)包括依次设置的第一连接臂(1901)、第二连接臂(1902)、成对的第三连接臂(1903)和连接关节(1904),所述支撑座(18)和车身(1)旋转连接,所述支撑座(18)上设有连接耳(1801),所述第一连接臂(1901)和连接耳(1801)旋转连接,所述第二连接臂(1902)和第一连接臂(1901)旋转连接,成对的第三连接臂(1903)分别设于第二连接臂(1902)的两侧,所述连接关节(1904)中设有旋转转轴(1905),所述第三连接臂(1903)和旋转转轴(1905)连接,所述抹面器(17)和连接关节(1904)活动连接;
所述下料系统(5)还包括成对设置的下料支架(7)以及水平设于成对下料支架(7)之间的下料转机(8),所述下料支架(7)设于车身(1)上,所述下料筒(6)设于下料转机(8)的上方,所述下料筒(6)的顶部设有下料管接口(602),所述混凝土出料口(601)正对下料转机(8);
所述下料转机(8)包括水平设置的转轮、多个沿周向设于转轮上并用于送出混凝土的扇叶(801)以及一对分别设于转轮两端的连接轴(802),所述连接轴(802)和下料支架(7)相连接;
所述下料系统(5)还包括设于下料转机(8)前方的转机护罩(9);
所述抹面系统(16)还包括设于连接关节(1904)和抹面器(17)之间的升降杆(20),所述升降杆(20)的底部设有用于驱动抹面器(17)进行水平旋转的连接头(2001),所述抹面器(17)的中部设有与连接头(2001)相适配的连接凸台(1701),所述抹面器(17)沿周向设有多个齿(1702)。
2.根据权利要求1所述的一种轻型混凝土现浇机器人,其特征在于,所述车身(1)包括与运动系统(21)相连接的主骨架(2)、用于放置下料系统(5)的辅助骨架(3)和车盖(4),所述辅助骨架(3)设于主骨架(2)的后方,所述车盖(4)设于主骨架(2)的顶部,所述振捣系统(10)和抹面系统(16)均设于车盖(4)上。
3.根据权利要求2所述的一种轻型混凝土现浇机器人,其特征在于,所述主骨架(2)采用桁架结构,所述辅助骨架(3)包括成对设置的支撑台(301)、连接成对支撑台(301)的连接横梁(302)、成对竖直设于连接横梁(302)两端的辅助梁(306),设于支撑台(301)下方的防护板(303)以及设于成对防护板(303)之间的放置台(304),所述辅助梁(306)和主骨架(2)相连接,所述放置台(304)上设有多个间隔分布的分隔板(305)。
4.根据权利要求1所述的一种轻型混凝土现浇机器人,其特征在于,所述振捣系统(10)还包括振捣机(12)和振捣棒支架(13),所述振捣棒支架(13)包括与振捣棒(11)相接触的升降横梁(1301)以及一对分别设于升降横梁(1301)两端的连接纵梁(1302),所述连接纵梁(1302)的端部设有支架转轴(1303)并通过支架转轴(1303)和车身(1)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种轻型混凝土现浇机器人,其特征在于,所述振捣系统(10)还包括设于振捣机(12)外侧的振捣机防护罩(14)以及多个设于振捣机(12)侧面的信号发射接收器(15),所述振捣机防护罩(14)和信号发射接收器(15)均设于车身(1)上。
6.根据权利要求1所述的一种轻型混凝土现浇机器人,其特征在于,所述运动系统(21)包括机架(22)、成对的车轮(23)、履带(24)和驱动装置(25),所述机架(22)包括成对设置的保护板(2201)以及多个主驱动杆(2202),所述主驱动杆(2202)贯穿设于成对的保护板(2201)之间并和驱动装置(25)传动连接,成对的车轮(23)分别设于主驱动杆(2202)的两端,所述履带(24)套设在车轮(23)外,所述驱动装置(25)设于机架(22)上。
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