CN112974435A - 一种管道爬壁清洗机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种管道爬壁清洗机器人，属于特种机器人技术领域，该机器人包括清洗系统、行走系统和控制系统三部分；所述清洗系统包括安装座、电机、水管、支架和齿轮等；所述行走系统包括杆组、电机和丝杠等；所述控制系统包括处理器、控制器和遥控器。本发明所提供的管道爬壁清洗机器人运用机械、电子和控制等技术，集爬壁与清洗于一体，具有自动化程度高、清洁效果好等优势，在市场上有着广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于特种机器人领域，具体涉及一种对管壁进行清洗的机器人。
背景技术
管道是用于输送气体、液体或带固体颗粒流体的装置。通常，流体经过增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。管道运输受天气的影响小，运量大，所需的设备简单、占地面积小、运输距离长、低损耗、高效率、安全可靠、无污染等优点，因此广泛应用于供水、排水、供热、远距离运输石油等流体，但在输送过程中管道内流体杂质会沉淀下来，经年累月地慢慢地形成污垢、沉积物，如果污垢长时间得不到清理，会造成管道有效传输面积减小，甚至造成管道堵塞，不仅大大降低传输效率，而且还带来其他损害，如供水管道管壁内会囤积各种细菌、海藻和砷、镉、汞、铅等大量有毒金属，对水造成二次污染，严重影响人们的生活健康。有些管道中生成的沉积物含有腐蚀性，会加速管道内部的自我腐蚀，造成管道泄漏，直接影响经济效益，甚至引发安全事故；有些管道淤集的沉淀物会产生硫化氢气体，造成环境污染并易引发爆炸，影响人们的生命财产安全。为此，运输的管道必须要及时清洗。
目前，管道的清洗主要以人工清洗为主，高压水射流清淤法是一种广泛应用的管道清洁方法，即将水加压后送入射水喷嘴，靠高压水产生的冲击力清洗管道壁。显然这种方法需要的设备简单，操作方便，但工作量大，劳动强度高，难以实现远距离的管道清洗，同时对管道内壁上附着力较大的污渍的清洗效果较差。随着现代社会和科学技术的高速发展，管道清洗机器人的应用逐渐兴起，解决了以往人工作业存在的工作效率低、企业成本高、工作环境恶劣危险等弊端。
现有的管道爬壁清洗机器人通常包括吸附装置和行走装置，机器人通过吸附装置吸附在管道内的表面上，并通过行走装置带动机器人在工作表面行走，以使机器人能够对管道内表面进行除锈清洁等检修、保养、维护工作。然而，由于管道内表面为曲面，因此，现有管道清洗机器人的吸附装置无法与管道内表面完全贴合，由此导致吸附力的降低，轻易造成管道清洗机器人的掉落从而降低管道清洗机器人使用的可靠性。如中国专利(“一种管道清洗爬行机器人”公开号CN109365440A)，该发明的爬行机器人机构通过不同张紧调节组件调节支撑组件的收缩和伸开，使得管道爬行机器人适用于不同管径的管道，但是该发明行走时依靠驱动轮与内壁的摩擦力来承受载荷，可能会导致该爬行机器人稳定性不够，难以适应倾斜角度大的管道清洗要求；该发明的喷嘴机构虽然可以将水柱喷出，但是却没有清洗的装置，可能会导致有些油渍或污垢无法清洗干净。因此发明一种使用范围广、清理效率高、安全可靠的管道内壁清洗装置尤为重要。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供的一种管道爬壁清洗机器人，包括行走系统、清洗系统和控制系统。
一种管道爬壁清洗机器人，其特征在于该机器人包括行走系统、清洗系统以及控制系统；所述行走系统包括第一杆组、第二杆组、第三杆组、第四杆组、导杆、第一丝杠、拉杆、第一螺母、托板、第一齿轮、齿轮轴、第二电机、第二螺母、第二轴承端盖、第二套筒、第一深沟球轴承、第三轴承端盖、第二深沟球轴承、第一平键、第三螺母、第四轴承端盖、第三深沟球轴承、第五轴承端盖、第四深沟球轴承和所述第三套筒；所述第一杆组包括伸缩杆和所述第一中心座，所述伸缩杆有三个，所述伸缩杆通过螺钉安装在所述第一中心座的三个安装平面上，所述第一中心座的中孔与所述第一丝杠的左端圆柱面配合，所述第一中心座通过螺钉固定在所述第一丝杠上；所述伸缩杆包括保护套、触头、前杆、第三弹簧、第三行程开关、第三丝杠、伸缩套、第二导向销、第七深沟球轴承、第三圆锥滚子轴承、第二联轴器、第四电机、第四行程开关；所述前杆安装在所述伸缩套内孔中，所述前杆上端孔底安装着所述第三行程开关，所述第三行程开关外围安装着所述第三弹簧，所述第三弹簧下端面安装在所述前杆上端孔底，所述第三弹簧上端面安装着所述触头，所述触头被所述保护套限位固定在所述前杆顶端，所述保护套通过螺钉安装在所述前杆的上端面，所述第三丝杠与所述前杆通过螺纹连接，所述第三丝杠下端依次安装有所述第三圆锥滚子轴承和所述第七深沟球轴承，所述第三圆锥滚子轴承通过所述伸缩套的内孔台阶面和所述第三丝杠的轴肩进行固定，所述第七深沟球轴承通过所述伸缩套的内孔台阶面和所述第三丝杠的轴肩进行固定，所述第三丝杠下端与所述第四电机输出轴通过所述第二联轴器连接，所述第四电机通过法兰上的螺钉孔被固定在所述伸缩套的下端面上，所述第三圆锥滚子轴承和所述第七深沟球轴承的外圈与所述伸缩套配合；所述伸缩套的上端安装有所述第二导向销，所述第二导向销与所述伸缩套上的通孔螺纹配合，所述第二导向销有二个且左右对称分布，所述第四行程开关安装在所述前杆侧壁上，所述伸缩套通过下端法兰上的螺孔固定在所述第一中心座上；所述第二杆组包括所述第二中心座和三个所述伸缩杆，所述伸缩杆通过螺钉安装在所述第二中心座的三个安装平面上；所述第二中心座的中孔安装着所述第一深沟球轴承和所述第二深沟球轴承，所述第一深沟球轴承和所述第二深沟球轴承的内圈安装在所述齿轮轴上，所述第一深沟球轴承通过所述第二中心座的中孔台阶面和所述第二轴承端盖、第二套筒端面进行固定；所述第二深沟球轴承通过所述第二中心座的中孔台阶面和所述第三轴承端盖、所述齿轮轴的轴肩进行固定，所述第二轴承端盖和所述第三轴承端盖通过螺钉固定在所述第二中心座端面上，所述第二套筒通过螺钉安装在所述齿轮轴上；所述齿轮轴右端安装有所述第三杆组，所述第三杆组在所述齿轮轴上与所述第二杆组结构完全相同，所述第三杆组与所述第二杆组对称分布；所述导杆依次穿过所述第一中心座、第二中心座、第三中心座和第四中心座上端的通孔，所述导杆左右两端通过所述第二螺母进行固定；所述导杆有两个，两个所述导杆对称分布在所述第一丝杠轴线铅垂面的两侧；所述第四中心座与所述第一丝杠中部圆柱面过盈配合；所述第四杆组包括所述第五中心座和三个所述伸缩杆，三个所述伸缩杆分布形式与所述第二杆组相同，所述第五中心座中孔与所述第一丝杠右端的圆柱面配合，所述第五中心座通过螺钉固定在所述第一丝杠右端圆柱面上；所述拉杆依次穿过所述第二中心座、托板、第三中心座的下端通孔，所述拉杆左右两端通过所述第一螺母固定，所述拉杆有两根；所述托板上安装所述第二电机，所述第二电机输出轴与所述第一齿轮内孔通过所述第一平键连接，所述第一齿轮通过所述第二电机的输出轴的轴肩和所述第三螺母固定，所述第一齿轮与所述齿轮轴啮合；所述清洗系统包括第一电机、第一丝杠、第一安装座、支架、第一弹簧、撑杆、刷把、第二安装座、第二齿轮、第三齿轮、喷水管、第三电机、供水管、第一联轴器、第一轴承端盖、第二圆锥滚子轴承、第二丝杠、第一导向销、第四螺母、第二弹簧、第五深沟球轴承、第四套筒、第二平键、第五螺母、第五套筒、第六深沟球轴承、第六轴承端盖、第六螺母、电动阀门和紧固圈；所述第一电机通过螺钉安装在所述行走系统的第一中心座左端面；所述第一联轴器连接所述第一电机的输出轴和所述第二丝杠左端；所述第二丝杠的左端安装有所述第二圆锥滚子轴承，所述第二圆锥滚子轴承被所述第一轴承端盖和所述第一丝杠的中孔台阶面固定，所述第一轴承端盖通过螺钉固定在所述第一丝杠左端面上；所述第二丝杠安装在所述第一丝杠中孔内，所述第四螺母安装在所述第二丝杠右端，所述第四螺母右端的中孔内安装着所述第二弹簧，所述第二弹簧通过所述第四螺母的前端中孔底面和所述第一导向销固定；所述第一导向销从上至下依次穿过所述第一套筒上螺孔、第一丝杠槽孔、第四螺母槽孔、第一丝杠槽孔和第一套筒上通孔，所述第一导向销上端与所述第一套筒通过螺纹连接；所述第一安装座左端安装有所述第一圆锥滚子轴承，所述第一圆锥滚子轴承内圈与所述第一套筒配合，所述第一圆锥滚子轴承外圈与所述第一安装座中孔配合，所述第一安装座右端通过花键孔安装在所述第二安装座的左端花键轴套上，所述第二安装座左端中孔内安装有所述第五深沟球轴承，所述第五深沟球轴承通过所述第四套筒右端面和所述第二安装座的中孔台阶面固定，所述第四套筒通过螺钉安装在所述第一丝杠上；所述第五套筒安装在所述第一丝杠右端、第五中心座左端面；所述第二安装座右端安装有所述第六深沟球轴承，所述第六深沟球轴承通过所述第二安装座中孔台阶面和所述第五套筒、第六轴承端盖固定，所述第六轴承端盖通过螺钉安装在所述第二安装座的右端面；所述支架一端与所述第一安装座通过销连接，所述支架另一端安装所述刷把；所述撑杆一端与所述支架上凸起通过销连接，所述撑杆的另一端与所述第二安装座凸起通过销连接，所述支架、撑杆、刷把各有四件；所述第一弹簧左端面安装着所述第一安装座，所述第一弹簧右端面安装着所述第二安装座；所述第三电机通过螺钉安装在所述第五安装座右端面上，所述第三齿轮安装在所述第三电机的输出轴上，所述第三齿轮通过所述第三电机的输出轴的轴肩和所述第六螺母进行固定，所述第三齿轮与所述第二齿轮相啮合；所述第二齿轮通过所述第二平键安装在所述第二安装座右端，所述第二齿轮通过所述第五螺母和所述第二安装座的轴肩进行固定；所述喷水管穿过所述第五套筒通孔，所述喷水管通过管螺纹安装在所述第一丝杠出水孔上，所述紧固圈将所述供水管固定在所述第一丝杠右端的管接头上；所述电动阀门安装在所述第一丝杆上；所述控制系统包括压力传感器、第一行程开关、第二行程开关、第三行程开关、第四行程开关、控制器、处理器、遥控器；所述第一行程开关通过螺钉安装在所述第二中心座的左端面；所述第二行程开关安装在所述第四中心座的左端面；所述压力传感器安装在所述第四螺母右端的中孔内；所述第三行程开关安装在所述伸缩杆前杆上端孔底；所述第四行程开关安装在所述前杆侧壁；所述控制器和所述处理器通过螺钉安装在所述第四中心座的安装平面上；所述处理器通过无线电接收遥控器发出的信息，所述处理器处理信息并向所述控制器发出动作信息，所述控制器控制各执行元件动作。
根据所述权利要求1所述管道爬壁清洗机器人，其特征在于清洗的具体步骤如下：
(1)所述管道爬壁清洗机器人放置于管道内部，整机通电，按下所述遥控器上的启动按钮，所述处理器向所述控制器发出动作指令，所述控制器使所述第一杆组和所述第四杆组上的所述第四电机通电带动所述第三丝杠正转，所述第一杆组和第四杆组上的所述前杆不断伸出，所述第一杆组和所述第四杆组支撑在管壁上，所述伸缩杆上的所述触头与管壁之间压力逐渐增加，所述第三行程开关被所述触头压下时，所述第一杆组和所述第四杆组上的所述第四电机停止转动，所述第一杆组和所述第四杆组上的所述前杆停止伸出，整机悬停在管道中；
(2)所述处理器向所述控制器发出动作指令，所述控制器使所述第一电机通电带动所述第二丝杠转动，所述第四螺母沿轴向向右移动，所述第一安装座带动所述支架的下端沿轴线向右移动，所述刷把与管壁压紧时，所述第一安装座停止移动，所述第四螺母继续移动，所述压力传感器与所述第一导向销之间的压力达到设定的压力值时，所述控制器控制所述第一电机停止转动，所述刷把与管壁间的接触力保持恒定；
(3)所述控制器使所述第二电机通电正转，所述齿轮轴转动，所述第二中心座和所述第三中心座沿轴线向左移动，当移动距离达到设定值时，所述第一行程开关被压下，所述第二电机停止转动，所述第二中心座和所述第三中心座停止移动；
(4)所述控制器控制所述第二杆组和所述第三杆组内部的所述第四电机正转，所述第二杆组和所述第三杆组上的所述前杆伸出，所述第二杆组和所述第三杆组支撑在管壁上时，所述第二杆组和所述第三杆组中的所述第三行程开关被所述触头压下，所述第二杆组和所述第三杆组内部的所述第四电机停止转动，所述第二杆组和所述第三杆组上的所述前杆停止伸出，所述第二杆组和所述第三杆组中的伸缩杆与管壁保持设定的接触力；
(5)所述控制器控制所述第一杆组和第四杆组内部的所述第四电机反转，所述第一杆组和第四杆组上的所述前杆缩回，所述第一杆组和第四杆组中的所述第四程开关被压下，所述第一杆组和第四杆组上的所述前杆停止缩回；
(6)所述控制器控制所述第三电机转动，所述电动阀门打开，所述喷水管喷水，所述控制器控制所述第二电机通电反转，所述第一丝杠沿轴线向左移动，所述第一中心座、第四中心座和第五中心座随所述第一丝杠沿轴线向左移动，当移动距离达到设定值时，所述第二行程开关被压下，所述第三电机和所述第二电机停止转动，所述电动阀门关闭，所述喷水管停止喷水；
(7)所述控制器控制所述第一杆组和所述第四杆组内部的第四电机通电正转，所述第一杆组和所述第四杆组上的所述前杆伸出，所述第一杆组和所述第四杆组支撑在管壁上，所述第三行程开关被所述触头压下时，所述第一杆组和所述第四杆组内部的所述第四电机停止转动，所述第一杆组和所述第四杆组上的所述前杆停止伸出；
(8)所述控制器控制所述第二杆组和所述第三杆组中所述第四电机反转，所述第二杆组和所述第三杆组上的前杆缩回，所述第二杆组内部的所述第四程开关被压下时，所述第二杆组和所述第三杆组上的所述前杆停止缩回；
(9)重复上述步骤(3)-(8)，直到管道清洗完毕。
采用本技术方案带来的有益效果：
1)本发明提供的一种管道爬壁清洗机器人通过丝杠和螺母的配合，两两杆组配合，机器人与管壁的接触力大，既可在水平的管道内行走，也可在垂直的管道内移动，对管道安装角度无要求，行走稳定性好；
2)本发明提供的一种通过丝杠与可控制伸缩长度杆组的装置，整机结构简单，重量轻，使整个装置能够在不同直径的管道内壁进行工作，使用范围广，柔性大；
3)本发明提供一种集爬壁和清洗于一体的装置，装置与管道的对中性好，清洗装置自动调节张角，在管道内进行旋转洗刷，清洗的器具与管壁的接触力可调，清洗效率高，清洗效果好，可充分节约水资源；
4)本发明提供的一种管道爬壁清洗机器人，采用行程开关、压力传感器等器件之间的配合，伸缩杆的自动伸开和收缩，装置可自主前进，接触压力可自动调整，自动化程度高，大幅度降低工作人员的工作时间，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明管道爬壁清洗机器人的结构示意图；
图2是图1的局部结构剖面示意图；
图3是本发明装置中伸缩杆1的结构示意图；
图4是图2中Ⅰ处局部放大示意图；
图5是图2中Ⅱ处局部放大示意图；
图6是图2中Ⅲ处局部放大示意图；
图7是图2中Ⅳ处局部放大示意图；
图8是图2中Ⅴ处局部放大示意图；
图9是图2中Ⅵ处局部放大示意图；
图10是图2中Ⅶ处局部放大示意图；
图11是本发明的遥控器示意图。
图中：1：伸缩杆；2：第一中心座；3：第二中心座；4：第三中心座；5：第四中心座；6：第五中心座；7：第一电机；8：导杆；9：第一丝杠；10：拉杆；11：第一螺母；12：托板；13：第一齿轮；14：齿轮轴；15：第二电机；16：第一套筒；17：第一圆锥滚子轴承；18：第一安装座；19：支架；20：第一弹簧；21：撑杆；22：刷把；23：第二安装座；24：第二齿轮；25：第三齿轮；26：喷水管；27：第三电机；28：供水管；29：第二螺母；30：第一联轴器；31：第一轴承端盖；32：第二圆锥滚子轴承；33：第二丝杠；34：第二轴承端盖；35：第二套筒；36：第一深沟球轴承；37：第三轴承端盖；38：第二深沟球轴承；39：第一平键；40:第三螺母；41：第四轴承端盖；42：第三深沟球轴承；43：第五轴承端盖；44：第四深沟球轴承；45：第三套筒；46：第一导向销；47：第四螺母；48：压力传感器；49：第二弹簧；50：第五深沟球轴承；51：第四套筒；52：第二平键；53:第五螺母；54：第五套筒；55：第六深沟球轴承；56：第六轴承端盖；57：第六螺母；58：电动阀门；59：紧固圈；60：第一行程开关；61：第二行程开关；62：控制器；63：处理器；64：遥控器；101：第一杆组；201：第二杆组；301：第三杆组；401：第四杆组；1001：保护套；1002：触头；1003：前杆；1004：第三弹簧；1005：第三行程开关；1006：第三丝杠；1007：伸缩套；1008：第二导向销；1009：第七深沟球轴承；1010：第三圆锥滚子轴承；1011：第二联轴器；1012：第四电机；1013：第四行程开关。
具体实施方式
下面通过附图来详细说明本发明提出的技术细节，本发明装置包括行走系统、清洗系统、控制系统。
行走系统包括第一杆组101、第二杆组201、第三杆组301、第四杆组401、导杆8、第一丝杠9、拉杆10、第一螺母11、托板12、第一齿轮13、齿轮轴14、第二电机15、第二螺母29、第二轴承端盖34、第二套筒35、第一深沟球轴承36、第三轴承端盖37、第二深沟球轴承38、第一平键39、第三螺母40、第四轴承端盖41、第三深沟球轴承42、第五轴承端盖43、第四深沟球轴承44、第三套筒45。第一丝杠9左半部分为螺纹，右半部分为光滑圆柱面，它不仅是传动件，而且是整个装置的连接件，同时其右端中孔还是输送清洗水的通道。伸缩杆1是基本单元部件，伸缩杆1可作为一个独立的单元装配好后，再安装到中心座上。第一杆组101包括伸缩杆1和第一中心座2，第一杆组101含有三个伸缩杆1，两杆之间夹角为120度，第一中心座2中孔与第一丝杠9左端圆柱面过盈配合，第一中心座2通过螺钉固定在第一丝杠9上。伸缩杆1包括保护套1001、触头1002、前杆1003、第三弹簧1004、第三行程开关1005、第三丝杠1006、伸缩套1007、第二导向销1008、第七深沟球轴承1009、第三圆锥滚子轴承1010、第二联轴器1011、第四电机1012、第四行程开关1013。前杆1003安装在伸缩套1007内孔中，前杆1003与伸缩套1007之间为间隙配合，前杆1003上端孔底安装着第三行程开关1005，第三行程开关1005外围安装着第三弹簧1004，第三弹簧1004下端面安装在前杆1003上端孔底，第三弹簧1004上端面安装着触头1002，触头1002被保护套1001限位固定在前杆1003顶端，调节触头1002下方螺钉长度，就可以调节第三弹簧1004的压缩量，从而可以调节触头1002与管壁之间的接触力，保护套1001通过螺钉安装在前杆1003上端面上，触头1002与保护套1001之间为间隙配合，第三丝杠1006与前杆1003通过螺纹连接，第三丝杠1006下端依次安装有第三圆锥滚子轴承1010和第七深沟球轴承1009，第三圆锥滚子轴承1010通过伸缩套1007的内孔台阶面和第三丝杠1006的轴肩进行固定，第三圆锥滚子轴承1010主要用来承受来自伸缩杆1与管壁接触撑紧时的轴向力。第七深沟球轴承1009通过伸缩套1007的内孔台阶面和第三丝杠1006的轴肩进行固定，第三丝杠1006下端与第四电机1012输出轴通过第二联轴器1011连接，第四电机1012通过法兰上螺孔被螺钉被固定在伸缩套1007的下端面上，第三圆锥滚子轴承1010和第七深沟球轴承1009的外圈与伸缩套1007过渡配合。伸缩套1007上端安装第二导向销1008，第二导向销1008与伸缩套1007上的通孔配合，第二导向销1008有二个且左右对称分布，第二导向销1008使前杆1003不能转动，只能沿着直线作伸缩运动。第四行程开关1013安装在前杆1003侧壁上，伸缩套1007通过下端法兰上螺孔被螺钉固定在第一中心座2上。第二杆组201包括第二中心座3和三个伸缩杆1，第二安装座3与第一安装座2的外部形状相同，三个伸缩杆1通过螺钉分别安装在第二中心座3的三个安装平面上，装配完成后，两杆之间的夹角为120度，三个伸缩杆1顶端的最远点是在以第一丝杠9轴线为圆心的外接圆上。第二中心座3中孔安装着第一深沟球轴承36和第二深沟球轴承38，第二中心座3中孔与第一深沟球轴承36和第二深沟球轴承38外圈过渡配合，第一深沟球轴承36和第二深沟球轴承38安装在齿轮轴14上，第一深沟球轴承36和第二深沟球轴承38的内圈与齿轮轴14两端的圆柱面是过盈配合，第一深沟球轴承36通过第二中心座3的中孔台阶面和第二轴承端盖34、第二套筒35端面进行固定，第二轴承端盖34内含有密封圈，密封圈阻挡灰尘和其他杂物进入轴承，第二套筒35主要是为了防止第二中心座3等部件受外力作用从齿轮轴14上滑落。第二深沟球轴承38通过第二中心座3中孔台阶面和第三轴承端盖37、齿轮轴14轴肩进行固定，第二轴承端盖34和第三轴承端盖37通过螺钉固定在第二中心座3端面上，第二套筒35通过螺钉安装在齿轮轴14上。齿轮轴14右端安装有第三杆组301，第三杆组301与第二杆组201结构完全相同，第三杆组301在齿轮轴14上与第二杆组201对称分布。导杆8依次穿过第一支中心座2、第二中心座3、第三中心座4和第四中心座5上端的通孔，导杆8与各中心座之间隙配合，导杆8左右两端通过第二螺母29进行固定。导杆8有两个，两个导杆8对称分布在第一丝杠9轴线铅垂面两侧，它们把第一中心座2、第二中心座3、第三中心座4、第四中心座5连接成一个整体，并防止第二中心座3和第三中心座4在工作过程中转动，使它们只能沿着第一丝杠9的轴线运动。第四中心座5与第一丝杠9中部圆柱面过盈配合。第四杆组401包括一个第五中心座6和三个伸缩杆1，三个伸缩杆1分布形式与第二杆组201相同，第五中心座6内孔与第一丝杠9右端的圆柱面配合，第五中心座6通过螺钉固定在第一丝杠9右端圆柱面上。拉杆10依次穿过第二中心座3、托板12、第三中心座4的下端通孔，拉杆10与上述通孔之间间隙配合，拉杆10左右两端通过第一螺母11固定，拉杆10有两根，沿第一丝杠9的轴线的铅直面对称分布。托板12上安装第二电机15，第二电机15输出轴与第一齿轮13内孔通过第一平键39连接，第一齿轮13通过第二电机15输出轴的轴肩和第三螺母40固定，第一齿轮13与齿轮轴14外啮合。
清洗系统包括第一电机7、第一丝杠9、第一安装座18、支架19、第一弹簧20、撑杆21、刷把22、第二安装座23、第二齿轮24、第三齿轮25、喷水管26、第三电机27、供水管28、第一联轴器30、第一轴承端盖31、第二圆锥滚子轴承32、第二丝杠33、第一导向销46、第四螺母47、压力传感器48、第二弹簧49、第五深沟球轴承50、第四套筒51、第二平键52、第五螺母53、第五套筒54、第六深沟球轴承55、第六轴承端盖56、第六螺母57、电动阀门58、紧固圈59。第一电机7通过螺钉安装在行走系统的第一中心座2左端面。第一联轴器30连接第一电机7输出轴和第二丝杠33左端。第二丝杠33左端安装有第二圆锥滚子轴承32，第二圆锥滚子轴承32被第一轴承端盖31和第一丝杠9的中孔台阶面固定，第一轴承端盖31通过螺钉固定在第一丝杠9左端面上。第二丝杠33安装在第一丝杠9中孔内，第四螺母47通过螺纹安装在第二丝杠33右端，第二丝杠33与第四螺母47配合的前端要留有足够大的空隙，以防止第二丝杠33前端顶死在第四螺母47内孔底部。由于第一导向销46的导向作用，第二丝杠33转动只能转化为第四螺母47直线移动，第四螺母47与第一丝杠9的中孔间隙配合。第四螺母47右端的中孔内安装着第二弹簧49和控制系统的压力传感器48，第二弹簧49通过第四螺母47的前端内孔底面和第一导向销46固定。第一导向销46从上至下依次穿过第一套筒16上螺孔、第一丝杠9长槽、第四螺母47槽孔、第一丝杠9槽孔和第一套筒16上通孔，第一导向销46上端与第一套筒16通过螺纹连接。第一丝杠9上沿轴线开有长度较长的长槽，以保证第一安装座18有足够的移动距离，从而适应不同管道直径的清洗要求。第一安装座18左端安装有第一圆锥滚子轴承17，第一圆锥滚子轴承17内圈与第一套筒16配合，第一圆锥滚子轴承17外圈与第一安装座18中孔配合，第一安装座18右端通过花键孔安装在第二安装座23的左端花键轴套上，第二安装座23左端中孔内安装有第五深沟球轴承50，第五深沟球轴承50通过第四套筒51右端面和第二安装座23的内孔台阶面固定，第四套筒51通过螺钉安装在第一丝杠9上，第四套筒51主要是对第五深沟球轴承50和第二安装座23进行轴向固定。第五套筒54安装在第五中心座左端面6，第五中心座6通过螺钉安装在第一丝杠9右端。第二安装座23中孔右端安装有第六深沟球轴承55，第六深沟球轴承55通过第二安装座23中孔台阶面和第五套筒54固定，第六轴承端盖56通过螺钉安装在第二安装座23右端面上。支架19一端与第一安装座18通过销连接，支架19另一端安装刷把22，第六轴承端盖56内含有密封圈，为了防止灰尘进入轴承。撑杆21一端与支架19通过销连接，撑杆21另一端与第二安装座23凸起通过销连接，支架19、撑杆21、刷把22各有四件，支架19和撑杆21的下端开有长槽，第一安装座18和第二安装座23的外表面有四个均匀分布的平行凸起，凸起上面开有通孔，装配时，支架19和撑杆21的下端的长槽安装在凸起两侧，并用开口销把它们固定在第一安装座18或第二安装座23上。第一安装座18与第二安装座23是两个独立结构，第一安装座18的中孔是花键孔，第二安装座23的外表面做成花键轴套，这样它们之间的轴向距离可以改变，也能保持相同的角速度。第一弹簧20左端面安装着第一安装座18，第一弹簧20右端面安装着第二安装座23，第一弹簧(20)使它们之间有一定的作用力。支架19和撑杆21要有足够的强度和刚度，由于第一安装座18和第二安装座23花键式配合，使支架19和撑杆21始终保持在同一个平面内，并以相同的角速度转动。第三电机27通过螺钉安装在第五安装座6右端面上，第三齿轮25安装在第三电机27的输出轴上，第三齿轮25通过第三电机27的输出轴的轴肩和第六螺母57进行固定，第三齿轮25与第二齿轮24相啮合。第二齿轮24通过第二平键52安装在第二安装座23右端，第二齿轮24通过第五螺母53和第二安装座23的轴肩进行固定。喷水管26穿过第五套筒54通孔，喷水管26通过管螺纹安装在第一丝杠9出水孔上，紧固圈59将供水管28固定在第一丝杠9右端的管接头上，以防止供水管被拖动的过程中脱落，电动阀门58安装在第一丝杆9上，它用来控制通断水的，以达到节约用水目的。
控制系统包括压力传感器48、第一行程开关60、第二行程开关61、第三行程开关1005、第四行程开关1013、控制器62、处理器63、遥控器64。第一行程开关60通过螺钉安装在第二中心座3的左端面。第二行程开关61安装在第四中心座5的左端面。压力传感器48安装在第四螺母47右端的中孔内。第三行程开关1005安装在伸缩杆1前杆1003上端孔底。第四行程开关1013通过螺纹安装在前杆1003侧壁。控制器62和处理器63通过螺钉安装在第四中心座5的安装平面上。处理器63是整机的信息处理中心，遥控器64通过无线电接信号向处理器63发出信息，处理器63处理信息并向控制器62发出下一步动作指令，控制器62控制各执行元件动作，既可以使它们开始工作，又能结束它们的工作。遥控器64上通过提示灯显示整机的工作状况，可随时中断工作过程。
下面结合附图，说明该机器人的工作过程，具体步骤如下：
(1)管道爬壁清洗机器人放置于管道内部，整机通电，按下遥控器64上的启动按钮，的处理器63向控制器62发出动作指令，控制器62使第一杆组101和第四杆组401上的第四电机1012通电带动第三丝杠1006正转，第一杆组101和第四杆组401上的前杆1003不断伸出，第一杆组101和第四杆组401支撑在管壁上，伸缩杆1触头1002与管壁之间压力逐渐增加，第一杆组101和第四杆组401上的触头1002沿自身轴线方向移动压缩第三弹簧1004，第三行程开关1005被触头1002压下时，第一杆组101和第四杆组401上的第四电机1012停止转动，第一杆组101和第四杆组401上的前杆1003停止伸出，整机悬停在管道中。第一丝杠9的轴线与管道的中心线重合。
(2)的处理器63向控制器62发出动作指令，控制器62使第一电机7通电带动第二丝杠33转动，第四螺母47沿轴线向右移动，第一安装座18带动支架19的下端沿轴线向右移动，调节清洗装置的清洗半径，刷把22与管壁压紧时，第一安装座18停止移动，第四螺母47继续移动，第二弹簧49被继续压缩，压力传感器48压紧第一导向销46，压力传感器48与第一导向销46之间的压力达到设定的压力值时，控制器62控制第一电机7停止转动，刷把22与管壁间的接触力保持恒定。
(3)控制器62使第二电机15通电正转，齿轮轴14转动，第二中心座3和第三中心座4沿轴线向左移动，第二中心座3沿轴线方向向第一中心座2移动，当移动距离达到设定值时，第一行程开关60被压下，第二电机15停止转动，第二中心座3和第三中心座4停止移动。
(4)控制器62控制第二杆组201和第三杆组301内部的第四电机1012正转，第二杆组201和第三杆组301上的前杆1003伸出，第二杆组201和第三杆组301支撑在管壁上时，第二杆组201和第三杆组301上的触头1002沿自身轴线方向移动压缩第三弹簧1004，第二杆组201和第三杆组301中伸缩杆1中的第三行程开关1005被触头1002压下，第二杆组201和第三杆组301内部的第四电机1012停止转动，第二杆组201和第三杆组301上前杆1003停止伸出，第二杆组201和第三杆组301中伸缩杆1与管壁保持设定的接触力。
(5)控制器62控制第一杆组101和第四杆组401内部的第四电机1012反转，第一杆组101和第四杆组401上的前杆1003缩回，第一杆组101和第四杆组401中伸缩杆1上第四行程开关1013被伸缩套1007的上端面压下，第一杆组101和第四杆组401上的前杆1003停止缩回。
(6)控制器62控制第三电机27转动，电动阀门58打开，喷水管26喷水，控制器62控制第二电机15通电反转，第一丝杠9沿轴线向左移动，第一中心座2、第四中心座5和第五中心座6沿第一丝杠9轴线向左移动，第四中心座5沿轴线向第三中心座4方向移动。可以根据清洁的实际要求需要第二电机15的转速，从而调节移动速度和清洗时间。当移动距离达到设定值时，第二行程开关61被压下，第三电机27和第二电机15停止转动，电动阀门58关闭，喷水管26停止喷水。
(7)控制器62控制第一杆组101和第四杆组401内部的第四电机1012通电正转，第四电机1012带动第三丝杠1006转动，第一杆组101和第四杆组401上的前杆1003伸出，第一杆组101和第四杆组401支撑在管壁上，第一杆组101和第四杆组401上的触头1002沿自身轴线方向移动压缩第三弹簧1004，第三行程开关1005被触头1002压下时，第一杆组101和第四杆组401内部的第四电机1012停止转动，第一杆组101和第四杆组401上的前杆1003停止伸出。
(8)控制器62控制第二杆组201和第三杆组301中第四电机1012反转，第二杆组201和第三杆组301上的前杆1003缩回，第二杆组201和第三杆组301第四行程开关1013被伸缩套1007的端面压下时，第二杆组201和第三杆组301上的前杆1003停止缩回。
(9)重复上述步骤(3)-(8)，直到所有管道清洗完毕。
Claims (2)
1.一种管道爬壁清洗机器人，其特征在于，该机器人包括行走系统、清洗系统以及控制系统；所述行走系统包括第一杆组(101)、第二杆组(201)、第三杆组(301)、第四杆组(401)、导杆(8)、第一丝杠(9)、拉杆(10)、第一螺母(11)、托板(12)、第一齿轮(13)、齿轮轴(14)、第二电机(15)、第二螺母(29)、第二轴承端盖(34)、第二套筒(35)、第一深沟球轴承(36)、第三轴承端盖(37)、第二深沟球轴承(38)、第一平键(39)、第三螺母(40)、第四轴承端盖(41)、第三深沟球轴承(42)、第五轴承端盖(43)、第四深沟球轴承(44)和所述第三套筒(45)；所述第一杆组(101)包括伸缩杆(1)和所述第一中心座(2)，所述伸缩杆(1)有三个，所述伸缩杆(1)通过螺钉安装在所述第一中心座(2)的三个安装平面上，所述第一中心座(2)的中孔与所述第一丝杠(9)的左端圆柱面配合，所述第一中心座(2)通过螺钉固定在所述第一丝杠(9)上；所述伸缩杆(1)包括保护套(1001)、触头(1002)、前杆(1003)、第三弹簧(1004)、第三行程开关(1005)、第三丝杠(1006)、伸缩套(1007)、第二导向销(1008)、第七深沟球轴承(1009)、第三圆锥滚子轴承(1010)、第二联轴器(1011)、第四电机(1012)、第四行程开关(1013)；所述前杆(1003)安装在所述伸缩套(1007)内孔中，所述前杆(1003)上端孔底安装着所述第三行程开关(1005)，所述第三行程开关(1005)外围安装着所述第三弹簧(1004)，所述第三弹簧(1004)下端面安装在所述前杆(1003)上端孔底，所述第三弹簧(1004)上端面安装着所述触头(1002)，所述触头(1002)被所述保护套(1001)限位固定在所述前杆(1003)顶端，所述保护套(1001)通过螺钉安装在所述前杆(1003)的上端面，所述第三丝杠(1006)与所述前杆(1003)通过螺纹连接，所述第三丝杠(1006)下端依次安装有所述第三圆锥滚子轴承(1010)和所述第七深沟球轴承(1009)，所述第三圆锥滚子轴承(1010)通过所述伸缩套(1007)的内孔台阶面和所述第三丝杠(1006)的轴肩进行固定，所述第七深沟球轴承(1009)通过所述伸缩套(1007)的内孔台阶面和所述第三丝杠(1006)的轴肩进行固定，所述第三丝杠(1006)下端与所述第四电机(1012)输出轴通过所述第二联轴器(1011)连接，所述第四电机(1012)通过法兰上的螺钉孔被固定在所述伸缩套(1007)的下端面上，所述第三圆锥滚子轴承(1010)和所述第七深沟球轴承(1009)的外圈与所述伸缩套(1007)配合；所述伸缩套(1007)的上端安装有所述第二导向销(1008)，所述第二导向销(1008)与所述伸缩套(1007)上的通孔螺纹配合，所述第二导向销(1008)有二个且左右对称分布，所述第四行程开关(1013)安装在所述前杆(1003)侧壁上，所述伸缩套(1007)通过下端法兰上的螺孔固定在所述第一中心座(2)上；所述第二杆组(201)包括所述第二中心座(3)和三个所述伸缩杆(1)，所述伸缩杆(1)通过螺钉安装在所述第二中心座(3)的三个安装平面上；所述第二中心座(3)的中孔安装着所述第一深沟球轴承(36)和所述第二深沟球轴承(38)，所述第一深沟球轴承(36)和所述第二深沟球轴承(38)的内圈安装在所述齿轮轴(14)上，所述第一深沟球轴承(36)通过所述第二中心座(3)的中孔台阶面和所述第二轴承端盖(34)、第二套筒(35)端面进行固定；所述第二深沟球轴承(38)通过所述第二中心座(3)的中孔台阶面和所述第三轴承端盖(37)、所述齿轮轴(14)的轴肩进行固定，所述第二轴承端盖(34)和所述第三轴承端盖(37)通过螺钉固定在所述第二中心座(3)端面上，所述第二套筒(35)通过螺钉安装在所述齿轮轴(14)上；所述齿轮轴(14)右端安装有所述第三杆组(301)，所述第三杆组(301)在所述齿轮轴(14)上与所述第二杆组(201)结构完全相同，所述第三杆组(301)与所述第二杆组(201)对称分布；所述导杆(8)依次穿过所述第一中心座(2)、第二中心座(3)、第三中心座(4)和第四中心座(5)上端的通孔，所述导杆(8)左右两端通过所述第二螺母(29)进行固定；所述导杆(8)有两个，两个所述导杆(8)对称分布在所述第一丝杠(9)轴线铅垂面的两侧；所述第四中心座(5)与所述第一丝杠(9)中部圆柱面过盈配合；所述第四杆组(401)包括所述第五中心座(6)和三个所述伸缩杆(1)，三个所述伸缩杆(1)分布形式与所述第二杆组(201)相同，所述第五中心座(6)中孔与所述第一丝杠(9)右端的圆柱面配合，所述第五中心座(6)通过螺钉固定在所述第一丝杠(9)右端圆柱面上；所述拉杆(10)依次穿过所述第二中心座(3)、托板(12)、第三中心座(4)的下端通孔，所述拉杆(10)左右两端通过所述第一螺母(11)固定，所述拉杆(10)有两根；所述托板(12)上安装所述第二电机(15)，所述第二电机(15)输出轴与所述第一齿轮(13)内孔通过所述第一平键(39)连接，所述第一齿轮(13)通过所述第二电机(15)的输出轴的轴肩和所述第三螺母(40)固定，所述第一齿轮(13)与所述齿轮轴(14)啮合；所述清洗系统包括第一电机(7)、第一丝杠(9)、第一安装座(18)、支架(19)、第一弹簧(20)、撑杆(21)、刷把(22)、第二安装座(23)、第二齿轮(24)、第三齿轮(25)、喷水管(26)、第三电机(27)、供水管(28)、第一联轴器(30)、第一轴承端盖(31)、第二圆锥滚子轴承(32)、第二丝杠(33)、第一导向销(46)、第四螺母(47)、第二弹簧(49)、第五深沟球轴承(50)、第四套筒(51)、第二平键(52)、第五螺母(53)、第五套筒(54)、第六深沟球轴承(55)、第六轴承端盖(56)、第六螺母(57)、电动阀门(58)和紧固圈(59)；所述第一电机(7)通过螺钉安装在所述行走系统的第一中心座(2)左端面；所述第一联轴器(30)连接所述第一电机(7)的输出轴和所述第二丝杠(33)左端；所述第二丝杠(33)的左端安装有所述第二圆锥滚子轴承(32)，所述第二圆锥滚子轴承(32)被所述第一轴承端盖(31)和所述第一丝杠(9)的中孔台阶面固定，所述第一轴承端盖(31)通过螺钉固定在所述第一丝杠(9)左端面上；所述第二丝杠(33)安装在所述第一丝杠(9)中孔内，所述第四螺母(47)安装在所述第二丝杠(33)右端，所述第四螺母(47)右端的中孔内安装着所述第二弹簧(49)，所述第二弹簧(49)通过所述第四螺母(47)的前端中孔底面和所述第一导向销(46)固定；所述第一导向销(46)从上至下依次穿过所述第一套筒(16)上螺孔、第一丝杠(9)槽孔、第四螺母(47)槽孔、第一丝杠(9)槽孔和第一套筒(16)上通孔，所述第一导向销(46)上端与所述第一套筒(16)通过螺纹连接；所述第一安装座(18)左端安装有所述第一圆锥滚子轴承(17)，所述第一圆锥滚子轴承(17)内圈与所述第一套筒(16)配合，所述第一圆锥滚子轴承(17)外圈与所述第一安装座(18)中孔配合，所述第一安装座(18)右端通过花键孔安装在所述第二安装座(23)的左端花键轴套上，所述第二安装座(23)左端中孔内安装有所述第五深沟球轴承(50)，所述第五深沟球轴承(50)通过所述第四套筒(51)右端面和所述第二安装座(23)的中孔台阶面固定，所述第四套筒(51)通过螺钉安装在所述第一丝杠(9)上；所述第五套筒(54)安装在所述第一丝杠(9)右端、第五中心座(6)左端面；所述第二安装座(23)右端安装有所述第六深沟球轴承(55)，所述第六深沟球轴承(55)通过所述第二安装座(23)中孔台阶面和所述第五套筒(54)、第六轴承端盖(56)固定，所述第六轴承端盖(56)通过螺钉安装在所述第二安装座(23)的右端面；所述支架(19)一端与所述第一安装座(18)通过销连接，所述支架(19)另一端安装所述刷把(22)；所述撑杆(21)一端与所述支架(19)上凸起通过销连接，所述撑杆(21)的另一端与所述第二安装座(23)凸起通过销连接，所述支架(19)、撑杆(21)、刷把(22)各有四件；所述第一弹簧(20)左端面安装着所述第一安装座(18)，所述第一弹簧(20)右端面安装着所述第二安装座(23)；所述第三电机(27)通过螺钉安装在所述第五安装座(6)右端面上，所述第三齿轮(25)安装在所述第三电机(27)的输出轴上，所述第三齿轮(25)通过所述第三电机(27)的输出轴的轴肩和所述第六螺母(57)进行固定，所述第三齿轮(25)与所述第二齿轮(24)相啮合；所述第二齿轮(24)通过所述第二平键(52)安装在所述第二安装座(23)右端，所述第二齿轮(24)通过所述第五螺母(53)和所述第二安装座(23)的轴肩进行固定；所述喷水管(26)穿过所述第五套筒(54)通孔，所述喷水管(26)通过管螺纹安装在所述第一丝杠(9)出水孔上，所述紧固圈(59)将所述供水管(28)固定在所述第一丝杠(9)右端的管接头上；所述电动阀门(58)安装在所述第一丝杆(9)上；所述控制系统包括压力传感器(48)、第一行程开关(60)、第二行程开关(61)、第三行程开关(1005)、第四行程开关(1013)、控制器(62)、处理器(63)、遥控器(64)；所述第一行程开关(60)通过螺钉安装在所述第二中心座(3)的左端面；所述第二行程开关(61)安装在所述第四中心座(5)的左端面；所述压力传感器(48)安装在所述第四螺母(47)右端的中孔内；所述第三行程开关(1005)安装在所述伸缩杆(1)前杆(1003)上端孔底；所述第四行程开关(1013)安装在所述前杆(1003)侧壁；所述控制器(62)和所述处理器(63)通过螺钉安装在所述第四中心座(5)的安装平面上；所述处理器(63)通过无线电接收遥控器(64)发出的信息，所述处理器(63)处理信息并向所述控制器(62)发出动作信息，所述控制器(62)控制各执行元件动作。
2.根据所述权利要求1所述管道爬壁清洗机器人，其特征在于，清洗的具体步骤如下：
(1)所述管道爬壁清洗机器人放置于管道内部，整机通电，按下所述遥控器(64)上的启动按钮，所述处理器(63)向所述控制器(62)发出动作指令，所述控制器(62)使所述第一杆组(101)和所述第四杆组(401)上的所述第四电机(1012)通电带动所述第三丝杠(1006)正转，所述第一杆组(101)和第四杆组(401)上的所述前杆(1003)不断伸出，所述第一杆组(101)和所述第四杆组(401)支撑在管壁上，所述伸缩杆(1)上的所述触头(1002)与管壁之间压力逐渐增加，所述第三行程开关(1005)被所述触头(1002)压下时，所述第一杆组(101)和所述第四杆组(401)上的所述第四电机(1012)停止转动，所述第一杆组(101)和所述第四杆组(401)上的所述前杆(1003)停止伸出，整机悬停在管道中；
(2)所述处理器(63)向所述控制器(62)发出动作指令，所述控制器(62)使所述第一电机(7)通电带动所述第二丝杠(33)转动，所述第四螺母(47)沿轴向向右移动，所述第一安装座(18)带动所述支架(19)的下端沿轴线向右移动，所述刷把(22)与管壁压紧时，所述第一安装座(18)停止移动，所述第四螺母(47)继续移动，所述压力传感器(48)与所述第一导向销(46)之间的压力达到设定的压力值时，所述控制器(62)控制所述第一电机(7)停止转动，所述刷把(22)与管壁间的接触力保持恒定；
(3)所述控制器(62)使所述第二电机(15)通电正转，所述齿轮轴(14)转动，所述第二中心座(3)和所述第三中心座(4)沿轴线向左移动，当移动距离达到设定值时，所述第一行程开关(60)被压下，所述第二电机(15)停止转动，所述第二中心座(3)和所述第三中心座(4)停止移动；
(4)所述控制器(62)控制所述第二杆组(201)和所述第三杆组(301)内部的所述第四电机(1012)正转，所述第二杆组(201)和所述第三杆组(301)上的所述前杆(1003)伸出，所述第二杆组(201)和所述第三杆组(301)支撑在管壁上时，所述第二杆组(201)和所述第三杆组(301)中的所述第三行程开关(1005)被所述触头(1002)压下，所述第二杆组(201)和所述第三杆组(301)内部的所述第四电机(1012)停止转动，所述第二杆组(201)和所述第三杆组(301)上的所述前杆(1003)停止伸出，所述第二杆组(201)和所述第三杆组(301)中的伸缩杆(1)与管壁保持设定的接触力；
(5)所述控制器(62)控制所述第一杆组(101)和第四杆组(401)内部的所述第四电机(1012)反转，所述第一杆组(101)和第四杆组(401)上的所述前杆(1003)缩回，所述第一杆组(101)和第四杆组(401)中的所述第四行程开关(1013)被压下，所述第一杆组(101)和第四杆组(401)上的所述前杆(1003)停止缩回；
(6)所述控制器(62)控制所述第三电机(27)转动，所述电动阀门(58)打开，所述喷水管(26)喷水，所述控制器(62)控制所述第二电机(15)通电反转，所述第一丝杠(9)沿轴线向左移动，所述第一中心座(2)、第四中心座(5)和第五中心座(6)随所述第一丝杠(9)沿轴线向左移动，当移动距离达到设定值时，所述第二行程开关(61)被压下，所述第三电机(27)和所述第二电机(15)停止转动，所述电动阀门(58)关闭，所述喷水管(26)停止喷水；
(7)所述控制器(62)控制所述第一杆组(101)和所述第四杆组(401)内部的第四电机(1012)通电正转，所述第一杆组(101)和所述第四杆组(401)上的所述前杆(1003)伸出，所述第一杆组(101)和所述第四杆组(401)支撑在管壁上，所述第三行程开关(1005)被所述触头(1002)压下时，所述第一杆组(101)和所述第四杆组(401)内部的所述第四电机(1012)停止转动，所述第一杆组(101)和所述第四杆组(401)上的所述前杆(1003)停止伸出；
(8)所述控制器(62)控制所述第二杆组(201)和所述第三杆组(301)中所述第四电机(1012)反转，所述第二杆组(201)和所述第三杆组(301)上的前杆(1003)缩回，所述第二杆组(201)内部的所述第四行程开关(1013)被压下时，所述第二杆组(201)和所述第三杆组(301)上的所述前杆(1003)停止缩回；
(9)重复上述步骤(3)-(8)，直到管道清洗完毕。
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