CN115823431A - 一种器械用调节定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种器械用调节定位装置,涉及器械的调节定位的技术领域,用于对器械进行无极的调节定位。其具备支架和锁紧机构,支架包含齿条,齿条中的每个齿具有齿顶;锁紧机构具备滑动部件以及多个锁紧插头;每个锁紧插头与滑动部件经由第一弹性元件抵接;以齿条的延伸方向上、与所有齿的齿顶相切的面为基准面,设每相邻的两个齿顶的中心在该基准面上对应的、沿齿条的延伸方向的间距即齿距为t1,设任意选取的多个锁紧插头中相邻的两个锁紧插头的靠近齿条的前端在该基准面上对应的、沿齿条的延伸方向上的间距即插头间距为t2;其中,t2为t1的非整数倍。本发明解决了现有器械的位置不能无极调节的问题,增加了器械位置调节定位的灵活性。
Description
技术领域
本申请涉及能够将器械的位置调节限定于一个自由度,且增加位置调节的灵活性的器械用调节定位装置。
背景技术
需要人力操作的器械例如医疗器械,在使用过程通常需要手动调节位置和角度,但手动操作时的精度难以保证,且手会不自觉地抖动,加之器械的作用对象例如人体组织施加给器械一定的作用力,使器械不可避免地发生不必要的位置的变化,从而降低定位精度,增加操作的难度,也增大了失误的风险。
为此,现有技术中,通常将器械固定安装于调节定位装置,以限制器械位置调节的自由度。从而,当人为操作出现偏差、或手部出现抖动、或器械承受外部的作用力时,器械也只能随调节定位装置进行预先设定的运动,从而抵消了其他自由度上不必要的干扰。理想情况下,可以将器械的运动限定于一个自由度,以此来提高器械调节定位的精度。
调节定位装置通常设置具有齿条的支架,将器械可拆卸地固定连接于支架上,通过齿条的运动来带动器械进行位置调节,再通过锁紧机构与齿条的配合实现对器械的解锁和锁紧。但弧形齿条的相邻两个齿之间一般具有特定的夹角,直齿条的相邻两个齿之间一般具有特定的间距,而现有技术中一般采用齿轮、齿条、蜗杆等作为锁紧机构,与上述齿条相互啮合。但这样带来的问题是,用于与齿条啮合的锁紧机构中的齿或插头之间通常也具有特定的角度或间距,使得齿条只能沿固定的步幅进行位置调节。比如齿条为弧形齿条时,一般每次只能转动相邻两个齿之间的夹角的整数倍,才能使锁紧机构与齿条啮合,否则就无法对齿条在转动方向上锁死。从而,器械也就不能以较小的步幅调节或者无法实现无极调节,增加了操作的复杂程度,降低了位置调节的灵活性。
由此,在现有技术中,在将器械的位置调节限定于较少的自由度的情况下,增加位置调节的灵活性,进而一定程度上实现无极调节成为技术课题。
发明内容
本申请的目的在于,提供一种能够将器械的位置调节限定于一个自由度、且增加位置调节的灵活性,进而一定程度上实现无极调节的器械用调节定位装置。为了实现上述目的,本申请的一个方案为,一种器械用调节定位装置,具备用于与该器械固定连接的支架和与所述支架锁紧配合的锁紧机构,所述器械用调节定位装置的所述支架包含设置于该支架的某一个侧面的齿条;所述锁紧机构具备沿所述支架的设有所述齿条的侧面的法线的方向、进行远离或靠近所述齿条的运动的滑动部件,以及与该滑动部件连接的、沿所述法线的方向延伸的多个锁紧插头;以所述齿条中多个齿的排列方向为该齿条的延伸方向,以每个齿的靠近所述滑动部件的一端为齿顶,则在所述齿条的延伸方向上,每个齿还具有从所述齿顶向远离所述滑动部件方向延伸、且分别朝所述法线的相反侧倾斜的第一齿面、第二齿面;所述多个锁紧插头中的每一个锁紧插头在其延伸方向上、相对于其靠近所述齿条的先端更加靠后的位置,与所述滑动部件经由第一弹性元件连接,所述第一弹性元件在沿该锁紧插头的延伸方向上有规定的形变允许量;在所述第一弹性元件的弹力作用下,该锁紧插头的靠近所述齿条的先端能够向靠近所述齿条的方向运动并插入所述齿条中相邻两个齿之间的间隙即齿槽中;以沿所述齿条的延伸方向上、与所述齿条中所有齿的所述齿顶相切的面为基准面,设每相邻的两个所述齿顶的中心在该基准面上对应的、沿所述齿条的延伸方向的间距即齿距为t1,而在任意选取所述多个锁紧插头中相邻的两个锁紧插头的情况下,设这两个锁紧插头的靠近所述齿条的先端在该基准面上对应的、沿所述齿条的延伸方向上的间距即插头间距为t2;其中,插头间距t2为齿距t1的非整数倍;从而,在所述滑动部件运动至最靠近所述齿条的位置时,所述齿条中至少一个齿的所述第一齿面和至少一个齿的所述第二齿面分别抵接有所述多个锁紧插头中的至少一个锁紧插头。
根据前述的技术方案,能够增加位置调节的灵活性,进而一定程度上实现无极调节。
在一个优选的方式中,设所述多个锁紧插头中的锁紧插头的数量为x,则t1、t2和x满足如下的式(1):
其中,n为大于或等于1的自然数。
根据前述的技术方案,能够实现对齿条及器械的无极调节和定位。
在一个优选的方式中,在沿所述齿条的延伸方向上,以a为所述多个锁紧插头中单个锁紧插头的最靠近所处齿条的先端的最窄处的尺寸,以b为所处齿槽的最宽处的尺寸,则a、b满足式(2):
根据前述的技术方案,能够使锁紧插头尽量细一些,齿槽开口尽量宽一些,使得锁紧插头能够更加容易地插入齿槽,也使相邻的两个锁紧插头能够同时插入齿条的齿槽中,提高锁紧插头的利用率和锁紧效率。
在一个优选的方式中,所述滑动部件具有多个插头导轨,所述多个插头导轨与所述多个锁紧插头的数量一致且一一对应地设置;从而,所述多个锁紧插头中的单个锁紧插头能够经由对应设置的插头导轨进行靠近/远离所述齿条的运动,且该锁紧插头在与其延伸方向垂直的截面上被该插头导轨限位。
根据前述的技术方案,能够使锁紧插头只能在径向上进行靠近/远离齿条的运动,而不至于产生不必要的摆动。
在一个优选的方式中,所述齿条为曲面形,在所述支架与所述器械的连接状态下,所述器械可与所述齿条同步地进行位置调节。
在一个优选的方式中,所述齿条为圆弧形,以所述齿条所在的圆周的径向为所述器械用调节定位装置的径向,以垂直于所述齿条的径向截面的方向为轴向,以所述齿条所在的圆周方向为周向,则在所述支架与所述器械的连接状态下,所述器械可与所述齿条同步地绕着从所述齿条所在的圆周的中心向轴向延伸的轴线进行旋转运动。
根据前述的技术方案,弧形齿条可以带动器械围绕该齿条所在圆周的中心一起进行旋转,从而实现器械的位置和角度的调节。
在一个优选的方式中,所述基准面为弧面,且在所述齿条的径向截面上;所述齿距t1为每相邻两个所述齿顶的中心之间在所述基准面上对应的、周向上的弧线长度;所述插头间距t2为在任意选取所述多个锁紧插头中相邻的两个锁紧插头的情况下,这两个锁紧插头的靠近所述齿条的先端的中心之间在所述基准面上对应的、周向上的弧线长度。
根据前述的技术方案,弧线长度等于弧线两端的夹角乘以弧线的半径,故齿距t1、插头间距t2作为在基准面上对应的、周向上的弧线长度,分别反映了齿条中相邻两个齿之间的夹角信息和相邻两个锁紧插头之间的夹角信息。
在一个优选的方式中,所述多个锁紧插头中单个锁紧插头的靠近所述齿条的先端的构造为圆锥形或梯台形或V字形或球形。
根据前述的技术方案,锁紧插头的先端更便于插入齿槽中,且更便于与齿条的齿面贴合,增加锁紧的便利性和稳固性。
在一个优选的方式中,所述多个锁紧插头中单个锁紧插头的靠近所述齿条的先端的构造为圆锥形或V字形或梯台形,其纵切面的顶角的大小范围为20度至150度。
根据前述的技术方案,插头的先端的纵切面的顶角不设置得过小,避免锁紧插头的先端过于尖锐,不利于结构强度;顶角不设置得过大,避免齿条在径向上给与锁紧插头过大的分力,使得锁紧插头回退而导致锁紧失效。
在一个优选的方式中,还具备与所述支架的至少一个侧面抵接的至少一个滚轮/滚珠。
根据前述的技术方案,能够使齿条与滚轮/滚珠之间产生滚动摩擦,从而减少位置调节时的阻力,减轻对零部件的磨损。
在一个优选的方式中,所述至少一个滚轮/滚珠中的至少一部分与所述齿条位于所述支架的同侧,且所述支架在与所述齿条同侧的位置,具有未设置齿条的、用于与同侧的滚轮/滚珠抵接的空白区域。
根据前述的技术方案,将与齿条同侧的滚轮/滚珠设置为与未设置齿条的空白区域抵接,避免了对齿条的干扰和破坏。
在一个优选的方式中,所述滑动部件在沿其运动方向上、相对于其靠近所述齿条的前端更加靠后的位置,与所述锁紧机构之间经由第二弹性元件抵接,所述第二弹性元件在沿所述滑动部件的运动方向上有规定的形变允许量。
根据前述的技术方案,在滑动部件回退至解锁位置、且人力松开后,滑动部件能在第二弹性元件的弹力作用下,自动朝靠近齿条的锁紧位置移动,从而达到自动锁紧的目的。
在一个优选的方式中,在所述滑动部件运动至最靠近所述齿条的锁紧位置时,所述第二弹性元件的弹力大于或等于所述多个锁紧插头中、与所述齿条抵接的每一个锁紧插头对应的所述第一弹性元件的弹力之和。
根据前述的技术方案,能够避免锁紧状态下,滑动部件在齿条的作用力下朝远离齿条的方向回退,保证锁紧的紧固性。
本申请上述实施例的器械用调节定位装置,能够将器械的位置调节限定于一个自由度,并且增加位置调节的灵活性,进而一定程度上实现无极调节,且加工方便、成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请,下面将对本申请的说明书附图进行描述和说明。显而易见地,下面描述中的附图仅仅说明了本申请的一些示例性实施方案的某些方面,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是例示的调节定位装置和器械的外观视图。
图2是例示的调节定位装置的内部结构示意图。
图3是例示的锁紧机构和齿条锁紧状态示意图。
图4是例示的插头的先端和齿条的位置示意图。
图5是例示的直齿条的局部放大图。
图6是例示的锁紧插头受力分析示意图。
图7是例示的锁紧机构的放大视图。
图8是例示的滑动导轨示意图。
图9是例示的滚动导轨示意图。
图10是例示的按钮结构示意图。
附图文字说明:
100 调节定位装置
200 器械
1 支架
11 支架连接部
12 支架滑动部
13 齿条
130 齿顶
131 第一齿面
132 第二齿面
133 齿槽
134 基准面
14 空白区域
2 定位机构
21 齿条导轨
211 导轨滑面
221 滚轮
22 侧盖
222 滚轮
223 滚轮
224 滚轮
225 调节孔
226 调节螺钉
2210 销钉
2220 销钉
2230 销钉
2240 销钉
23 滚轮固定座
3 锁紧机构
30 滑动部件
31 第一锁紧插头
310 先端
3101 第一插头斜边
3102 第二插头斜边
3103 先端面
3105 中心线
3106 切线
32 第二锁紧插头
320 先端
3201第一插头斜边
3202 第二插头斜边
3203 先端面
33 导引槽
34 锁紧基座
35 弹簧
36 弹簧
37 弹簧
301 第一滑动槽
302 第二滑动槽
311 第一插头导轨
312 第二插头导轨
309 第一突出部
5 按钮
6 旋转块
60 旋转基座
61 第二突出部
62 旋转切面
63 销钉
8 夹具
实施方式
以下参照附图详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的,决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现,不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整,并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到:除非另有说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值等应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。
本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素,并不排除也涵盖其它要素的可能。
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同,除非另外特别定义。还应当理解,在诸如通用词典中定义的术语应当被理解为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义,而不应用理想化或极度形式化的意义来解释,除非本申请有明确地这样定义。
对于本部分中未详细描述的部件、部件的具体型号等参数、部件之间的相互关系以及控制电路,可被认为是相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
(总体结构)
以下参照图1说明本申请的器械用调节定位装置100的构成。图1是调节定位装置100和器械200的外观视图。
如图1所示,调节定位装置100包含支架1、定位机构2以及位于定位机构2内部、图中未示出的锁紧机构3。作为一例,支架1具有彼此刚性连接的支架连接部11和支架滑动部12。器械200通过夹具8与支架连接部11可拆卸地连接,支架滑动部12的一侧表面设置有齿条13,且支架滑动部12可在定位机构2所构设的轨道内进行相应运动,进而带动器械200进行位置调节,当调节至目标位置时,经由锁紧机构3与齿条13的配合实现锁死固定。
操作过程中,由于人为操作的精度难以保证,手也会不自觉地抖动,加之器械200的作用对象例如人体组织施加给器械200有一定的作用力,使器械200不可避免地发生不必要的位置和角度的变化,从而降低了定位精度,增加了人为操作的难度,也增大了操作失误的风险。
为了解决上述问题,本申请设置了定位机构2,定位机构2在操作过程中是固定不动的,且支架滑动部12在定位机构2的轨道中只有一个自由度,从而,器械200固定于支架1之后也只能在一个自由度上进行调节。例如,当支架滑动部12为直线型、齿条13为直齿条时,支架1仅能沿齿条13延伸的方向作直线运动。当支架滑动部12为弧形、齿条13为弧形齿条时,支架1仅能随齿条13同步地作旋转运动。这样,当人为操作出现偏差、或手部出现抖动、或器械200承受外部的作用力时,器械200也只能随支架1进行一个自由度的运动,从而抵消了不必要的干扰,提高了定位精度和操作便利性,降低了操作失误的风险。
此外,由于齿条13中相邻两个齿之间具有特定的夹角或间距,现有技术中的锁紧机构3通常采用齿轮、齿条、蜗杆等机构与齿条13相互啮合,实现锁紧的目的。但这样带来的问题是,锁紧机构3中用于与齿条13啮合的齿或插头之间通常也具有特定的角度或间距,使得齿条13只能沿固定的步幅进行位置调节。比如齿条13为弧形齿条且相邻两个齿之间的夹角为3o,当锁紧机构3采用齿轮与齿条13啮合锁紧时,齿条13一般每次只能转动3o的整数倍,才能使锁紧机构3的齿轮与齿条13啮合,否则就无法对齿条13在转动方向上锁死。从而,器械200也就不能以较小的步幅调节或者无法实现无极调节,增加了操作的复杂程度,降低了位置调节的灵活性。
但本申请的锁紧机构3采用了能插入齿条13中的多个锁紧插头,通过合理设置相邻两个锁紧插头之间的间距或夹角,来保证不论齿条13转动多大角度,都能有锁紧插头插入齿条13中并对齿条13在转动方向上锁死,即至少一定程度上实现无极调节,这点留待后述。
(锁紧机构和齿条)
接下来,结合图2、图3对锁紧机构3进行说明。图2为调节定位装置100的内部结构示意图,图3为锁紧机构3和齿条13锁紧状态示意图。
参看图2,优选地,锁紧机构3设置于定位机构2的内部,包含与定位机构2固定配合的锁紧基座34、设置于锁紧基座34的导引槽33、容置于导引槽33中的滑动部件30,和沿径向延伸的多个锁紧插头,例如图示的第一锁紧插头31、第二锁紧插头32。实际上,多个锁紧插头的数量x并不局限于两个,也可以是更多个。但锁紧插头的数量x不能为1个,否则无法实现无极调节。为了简单起见,这里仅以两个为例进行说明。
另外,齿条13可以是直线型的直齿条,此时法线方向是与齿条13所在的支架1的侧面垂直的方向,齿条13的延伸方向为齿条13中所有齿依次排列的直线方向。齿条13还可以是曲面形或圆弧形,以圆弧形为例,法线方向为齿条13所在的圆周的径向,齿条13的延伸方向则为齿条13所在的圆周的周向。为了简单起见,在无特别说明的情况下,本申请仅以图中所示的圆弧形齿条为例进行说明。
同时,为了便于说明,以齿条13所在的圆周的径向为调节定位装置100的径向,以垂直于齿条13的径向截面的方向为调节定位装置100的轴向,以齿条13所在的圆周的周向为调节定位装置100的周向。则在支架1与器械200的连接状态下,器械200与齿条13同步地绕着从齿条13所在的圆周的中心向轴向延伸的轴线进行旋转运动,从而实现位置和角度的调节。
作为一例,齿条13设置于支架滑动部12的径向外侧表面,实际上也可以设置于支架滑动部12的径向内侧表面,或设置于支架滑动部12的朝向轴向的一侧端面,这里不作具体限定,仅以图示的齿条13设置于支架滑动部12的径向外侧为例进行说明。
继续参看图2,优选地,导引槽33为位于齿条13的径向外侧、沿径向延伸的直槽,滑动部件30内嵌于导引槽33中,仅能沿齿条13的径向进行远离/靠近齿条13的直线运动。
参看图3,优选地,滑动部件30设置有容纳第一锁紧插头31的第一滑动槽301、容纳第二锁紧插头32的第二滑动槽302,在第一滑动槽301、第二滑动槽302的靠近齿条13的前端,还设置有通孔样式的、作为插头导轨的第一插头导轨311、第二插头导轨312。其中,第一锁紧插头31、第一滑动槽301、第一插头导轨311和第二锁紧插头32、第二滑动槽302、第二插头导轨312均沿径向延伸。
此外,第一锁紧插头31、第二锁紧插头32在沿径向上远离齿条13的后侧位置例如后端,与滑动部件30之间分别经由作为第一弹性元件的弹簧35、弹簧36连接。
由此,锁紧过程中,滑动部件30沿导引槽33的延伸方向即径向朝靠近齿条13的方向运动,从而分别经由弹簧35、弹簧36推动第一锁紧插头31、第二锁紧插头32沿第一插头导轨311、第二插头导轨312向靠近齿条13的方向运动,并使得第一锁紧插头31、第二锁紧插头32部分地伸出至滑动部件30和齿条13之间的位置。当滑动部件30运动至最靠近齿条13的位置时,第一锁紧插头31、第二锁紧插头32的靠近齿条13的先端分别与齿条13抵接,并限制齿条13沿周向的旋转运动,从而达到锁死支架1的目的。需要解锁时,将滑动部件30沿径向朝远离齿条13的方向回退,分别经由弹簧35、弹簧36带动第一锁紧插头31、第二锁紧插头32沿径向回退并与齿条13脱离接触,从而达到解锁目的,此时可以对支架1进行位置调节。
本实施例中,第一锁紧插头31、第二锁紧插头32分别在第一插头导轨311、第二插头导轨312的限制下,只能沿径向进行远离/靠近齿条13的直线运动,亦即,第一锁紧插头31、第二锁紧插头32分别在在与其延伸方向垂直的方向上被第一插头导轨311、第二插头导轨312限位。
此外,由于第一锁紧插头31、第二锁紧插头32的远离齿条13的后侧位置例如后端,分别经由弹簧35、弹簧36与滑动部件30连接,则第一锁紧插头31、第二锁紧插头32在与齿条13接触时,在齿条13的作用力下,可以分别沿径向向远离齿条13的方向回退,即第一锁紧插头31、第二锁紧插头32可以在径向分别进行一定距离的浮动。
可以理解,与齿条13配合的锁紧机构3,相应地与齿条13设置于支架滑动部12的同侧,例如当齿条13设置于支架滑动部12的径向内侧表面或朝向轴向的一侧端面时,锁紧机构3也相应设置于支架滑动部12的径向内侧或朝向轴向的同侧端面,这里不过多赘述。
需要说明的是,本申请的齿条13是广义上的齿条,不局限于通常的直齿条、弧形齿条等样式,例如,还可以在支架滑动部12的一侧表面开挖依次排列的锥形坑洞,锁紧机构3的锁紧插头例如第一锁紧插头31、第二锁紧插头32分别插入锥形坑洞内,也可以实现本申请的技术效果。此时,依次排列的锥形坑洞的纵切面,相当于依次排列的齿条13,这里不过多赘述。
(插头的先端和齿)
接下来,结合图4对锁紧插头的先端和齿条13中的齿进行说明。图4是插头的先端和齿条13的位置示意图。
参看图4,在齿条13的径向截面上,以齿条13中每个齿的位于径向外侧、靠近滑动部件30的一端为齿顶130,在齿条13所在圆周的周向上,每个齿还具有分布于齿顶130两侧的、从齿顶130向径向内侧远离滑动部件30的方向延伸、且分别朝法线的相反侧倾斜的第一齿面131、第二齿面132。同时,相邻的两个齿之间还具有间隙即齿槽133。图中示出的齿顶130为一与径向垂直的平直的端面,实际上也可以是曲面或者是由第一齿面131、第二齿面132相交而成的尖端,第一齿面131、第二齿面132既可以是平滑的斜面,也可以是齿轮中渐开线齿面的样式,这里不作具体限定。
图4中还示出了第一锁紧插头31的先端310、第二锁紧插头32的先端320,为了简单起见,第一锁紧插头31、第二锁紧插头32的其余部分未在图中示出。
优选地,第一锁紧插头31的先端310、第二锁紧插头32的先端320可以设置为圆锥形、V字形、梯台形或球形的穹顶样式。以图4所示的梯台形为例,在径向截面上,第一锁紧插头31的先端310在径向上最靠近齿条13的位置具有与径向垂直的先端面3103,以及从先端面3103向远离齿条13的方向延伸、且在先端面3103的周向的两侧对称分布的、具有规定的夹角的第一插头斜边3101、第二插头斜边3102。
同样的,在径向截面上,第二锁紧插头32的先端320在径向上最靠近齿条13的位置具有与径向垂直的先端面3203,以及从先端面3203向远离齿条13的方向延伸、且在先端面3203的周向的两侧对称分布的、具有规定的夹角的第一插头斜边3201、第二插头斜边3202。
在齿条13的锁紧状态下,第一锁紧插头31的先端310、第二锁紧插头32的先端320中的至少一个插入齿槽133中,第一插头斜边(3101,3201)与齿条13中某个齿的第二齿面132抵接,第二插头斜边(3102,3202)与齿条13中的某个齿的第一齿面131抵接,从而限制住齿条13的沿周向的转动,实现锁紧的目的。
(插头间距和齿距)
接下来,结合图4对锁紧插头的插头间距t2和齿条13中的齿距t1进行说明。
参看图4,以周向上与齿条13中的所有齿的齿顶130相切的面为基准面134。当齿条13为圆弧形齿条时,基准面134为沿齿条13所在的圆周的、与每个齿的齿顶130相切的弧面。作为一例,在齿条13的径向截面上,以齿条13中每相邻的两个齿的齿顶130的中心之间、在基准面134上对应的沿周向的弧线长度为齿距t1,以第一锁紧插头31的先端310的先端面3103的中心和第二锁紧插头32的先端320的先端面3203的中心之间、在基准面134上对应的沿周向的弧线长度为插头间距t2。
可以理解,齿距t1为相邻两个齿顶130的中心分别与基准面134所在圆周的中心之间连线的夹角乘以在该圆周上对应的半径,而插头间距t2为先端面3103的中心和先端面3203的中心分别与基准面134所在圆周的中心之间连线的夹角乘以在该圆周上对应的半径。
当然,若先端(310,320)为锥形、V字形或者球形的穹顶样式,插头间距t2即为先端(310,320)在径向上最靠近齿条13的位置例如锥尖、V字尖、穹顶的顶点之间在基准面134上对应的沿周向的弧线长度,这里不过多赘述。
此外,若齿条13为直齿条,则基准面134为与齿条13平行的平面,在径向截面上,齿距t1为相邻两个齿顶130的中心之间、在基准面134上对应的直线间距,插头间距t2则为相邻两个锁紧插头的先端(310,320)的中心之间、在基准面134上对应的直线间距。但为了简单起见,这里仅以弧形齿条为例进行说明。
优选地,插头间距t2为齿距t1的非整数倍。正如前述的,采用齿轮、齿条、蜗杆等机构与齿条13啮合锁紧时,齿条13调节的步幅只能是齿距t1的整数倍。但在本申请的技术方案中,锁紧机构3的锁紧插头例如第一锁紧插头31、第二锁紧插头32能够分别沿径向浮动,加之插头间距t2是齿距t1的非整数倍,使得齿条13调节的步幅选择可以更加多样。例如当调节的步幅不满足齿距t1的整数倍时,浮动的多个锁紧插头中的全部或部分锁紧插头仍然可以分别插入一个或多个齿槽133的不同深度位置,并分别与第一齿面131或第二齿面132抵接,从而克服了传统技术中此种情况下无法有效啮合锁紧的问题,实现了齿条13的锁紧定位,增加了位置调节的灵活性,进而一定程度上实现无极调节。
进一步地,齿距t1和插头间距t2满足如下的式(1):
其中,x为锁紧插头的数量,n为大于或等于1的自然数。
在本实施例中,锁紧插头的数量x为2,则第一锁紧插头31、第二锁紧插头32的插头间距t2为
即插头间距t2是齿距t1的一半的整数倍,例如0.5倍、1.5倍或者图3所示的2.5倍等等。此时,不论齿条13转动多大角度,在滑动部件30运动至最靠近齿条13的锁紧位置时,第一锁紧插头31、第二锁紧插头32中的至少一个锁紧插头会插入齿条13并与其中一个齿面例如第一齿面131抵接,而另一个锁紧插头也会插入齿条13并与另一个齿面例如第二齿面132抵接,或者如图3所示的,一个锁紧插头插入齿槽133的底部,另一个锁紧插头与齿顶130抵接,从而限制住齿条13在周向上的转动。
同理,当锁紧插头的数量x为更多例如3或者4时,只要齿距t1和插头间距t2满足式(1),不论齿条13转动多大角度,在滑动部件30运动至最靠近齿条13的锁紧位置时,齿条13中至少一个齿的第一齿面131和至少一个齿的第二齿面132都会分别抵接有至少一个锁紧插头,从而限制住齿条13在周向上的转动。
可以理解,此时,抵接有锁紧插头的第一齿面131和第二齿面132可以位于同一个齿,也可以分别位于不同的齿。而锁紧插头中可以是一个锁紧插头插入齿槽133的底部、分别抵接于两侧的第一齿面131和第二齿面132,也可以是多个锁紧插头分别插入不同的齿槽133、并分别抵接于多个不同的第一齿面131和第二齿面132。例如,第一锁紧插头31插入一个齿槽133并抵接于第一齿面131、第二锁紧插头32插入另一个齿槽133并抵接于第二齿面132。
需要说明的是,根据式(1)可知,当锁紧插头的数量x大于2时,由于大于/等于1的自然数n的存在,相邻的两个锁紧插头之间的插头间距t2不一定是相等的,即多个锁紧插头不一定是等间距分布的。例如当有4个锁紧插头时,其中两个相邻的锁紧插头之间的插头间距t2可以为
此时,n=1。而另外两个相邻的锁紧插头之间的插头间距t2可以为
此时,n=2。即不同的相邻两个锁紧插头之间的插头间距t2的具体大小依据n的取值而定。当然,优选地,本申请的多个锁紧插头采取等间距设置,即任意相邻的两个锁紧插头之间的插头间距t2都是一致的。
可以理解,当齿条13是直齿条时,齿条13的调节不再是转动,而是沿齿条13的延伸方向的平移。同理,只要齿距t1和插头间距t2满足式(1),不论齿条13移动多大距离,在滑动部件30运动至最靠近齿条13的锁紧位置时,齿条13中至少一个齿的第一齿面131和至少一个齿的第二齿面132都会分别抵接有至少一个锁紧插头,从而限制住齿条13的移动,这里不再过多赘述。
接下来,结合图5对插头间距t2和齿距t1之间的关系作进一步限定。图5是作为直齿条的齿条13的局部放大图。
如图5所示,在径向截面上,以第一锁紧插头31和第二锁紧插头32的先端(310,320)的靠近齿条13的最窄处的尺寸为a,可知,在图5中a即为第一锁紧插头31的先端面3103、第二锁紧插头32的先端面3203的尺寸。可以理解,若先端(310,320)为锥形、V字形或球形的穹顶样式,则a为零,这里不过多赘述。
以齿槽133的最宽处的尺寸为b,则在齿条13的锁紧状态下,相邻的两个锁紧插头想要同时插入齿条13中时,需要满足如下的式(2):
下面以图5所示的直齿条为例,对式(2)的推导过程进行说明。
从图5中可以直观地看出,在相邻的两个锁紧插头例如第一锁紧插头31、第二锁紧插头32同时插入相邻的两个齿槽133的情况下,齿距t1和插头间距t2需满足如下关系式:
结合式(1),由于第一锁紧插头31、第二锁紧插头32同时插入相邻的两个齿槽133,则插头间距t2小于2倍的齿距t1、大于1倍的齿距t1。
此外,若第一锁紧插头31、第二锁紧插头32同时插入同一个齿槽133,则从图5可以直观得到,此时a、b和t2的关系仍然满足式(3);但由于两个锁紧插头插入同一齿槽133,此时插头间距t2小于1倍齿距t1。
接下来,考虑n取更大值的情况,即相邻两个锁紧插头之间的插头间距t2进一步增大,由于式(1)限定n为大于或等于1的自然数,增大插头间距t2时也只能增加齿距t1的整数倍,例如将第一锁紧插头31向远离第二锁紧插头32的方向移动齿距t1的整数倍。
以上是以直齿条为例进行说明,由于直线可以看成无限大的圆周的一段,同理,齿条13为圆弧形齿条的情况下,齿距t1和插头间距t2依然需要满足式(2),才能使得任意相邻的两个锁紧插头都能同时插入齿条13的齿槽133中。只不过此时b为齿槽133的径向的最宽处在齿顶130所在圆周上对应的弧线的长度。
在齿距t1和插头间距t2满足式(2)的情况下,通常意味着每个锁紧插头的插入齿槽133的部分在径向截面上的尺寸尽量小一些,即不要太粗;而齿槽133在径向截面上的最宽处的尺寸则要尽量大一些,即齿槽133的开口不要太窄。这作为一种优选方案,既能使每个锁紧插头更容易地插入齿槽133中,也能使任意相邻的两个锁紧插头都能同时插入一个或多个不同的齿槽133中,从而提高锁紧插头的利用率,提高锁紧效率和紧固性,也能相对减少锁紧插头的设计数量。
(锁紧插头受力分析)
接下来,结合图6对锁紧插头受力进行说明。图6为锁紧插头受力分析示意图。
参看图6,以第一锁紧插头31为例,在其径向截面上,先端310为梯台形结构,设第一插头斜边3101和第二插头斜边3102的夹角为θ。当第一锁紧插头31插入齿槽133中时,可能是第一插头斜边3101与第二齿面132抵接,也可能是第二插头斜边3102与第一齿面131抵接,为了简单起见,这里仅以第一插头斜边3101与第二齿面132抵接为例进行说明。
在径向截面上,当第一插头斜边3101与第二齿面132抵接时,通常第二齿面132会沿与第一插头斜边3101垂直的方向施加给第一插头斜边3101力F1,而F1则在沿径向延伸、且穿过先端310的中心的中心线3105方向上具有分力F2,F2朝向远离齿条13的方向;在与中心线3105垂直的切线3106方向上具有分力F3,F3朝向靠近第二插头斜边3102的方向。
由于第一插头斜边3101和第二插头斜边3102沿中心线3105对称分布,因此第一插头斜边3101与中心线3105之间的夹角为。进而,由于F1与第一插头斜边3101垂直,则F1与中心线3105之间的夹角为。同时,由于切线3106与中心线3105垂直,可得F1与切线3106之间的夹角也为。由此可得:
此外,在本实施例中,第一锁紧插头31的后端还抵接有作为第一弹性元件的弹簧35,弹簧35会施加给第一锁紧插头31力Fn,在齿条13的锁紧状态下,Fn沿中心线3105朝向靠近齿条13的方向。
综上可知,第一锁紧插头31在中心线3105方向上受到相反的力Fn和F2,在切线3106方向上受到力F3。其中,由式(8)、式(9)可知,在第二齿面132施加的力F1一定的情况下,F2、F3的大小与第一插头斜边3101和第二插头斜边3102的夹角即θ的大小有关。而Fn则与弹簧35在中心线3105上的弹性系数和变形量有关。
具体而言,若θ过大,则由式(8)可知,F2也会较大,当θ大到一定值时,F2会大于Fn,此时第一锁紧插头31在中心线3105方向上具有向远离齿条13的方向回退出齿槽133的风险,导致齿条13不能锁死。若θ过小,则由式(9)可知,F3会偏大,当F3大到一定值时,会从切线3106方向上压迫第一锁紧插头31,使其与第一锁紧插头31穿过的第一插头导轨311的内壁贴合得更紧,从而使两者之间的摩擦力增大,使得给齿条13解锁时,第一锁紧插头31不容易从齿槽133中被拔出。
同时,若θ过小,先端310会变成更加尖锐的样式,导致先端310伸入齿槽133中时,第一插头斜边3101、第二插头斜边3102均无法与第二齿面132、第一齿面131抵接,而只有先端310的最靠近齿条13的细小的顶部抵接于齿条13上,导致机械强度不足,容易出现结构损坏、锁紧失效,这点在先端310位圆锥形、V字形结构时更为突出。
优选地,第一插头斜边3101和第二插头斜边3102的夹角θ的大小范围为20度至150度,此时在锁紧状态下,锁紧插头不容易回退,且保证一定的机械强度,从而实现锁紧的稳定性和紧固性。
(第二弹性元件)
接下来,结合图7对第二弹性元件进行说明。图7为锁紧机构3的放大视图。
参看图7,滑动部件30设置于锁紧基座34的导引槽33中。优选地,滑动部件30的远离齿条13的靠后的位置例如后端,经由作为第二弹性元件的弹簧37与锁紧基座34抵接。
在齿条13解锁时,滑动部件30在外力作用下,沿径向延伸的导引槽33朝远离齿条13的方向回退,弹簧37被压缩,同时,弹簧35、弹簧36分别拉动第一锁紧插头31、第二锁紧插头32从齿槽133中拔出,从而实现对齿条13的解锁。
而当需要对齿条13锁紧时,作用于滑动部件30的外力松开,滑动部件30会在弹簧37的弹力作用下沿径向延伸的导引槽33朝靠近齿条13的方向运动,此时弹簧35、弹簧36被压缩,并推动第一锁紧插头31、第二锁紧插头32沿径向朝靠近齿条13的方向运动,当滑动部件30运动至最靠近齿条13的位置时,实现对齿条13的锁紧。
需要说明的是,多个锁紧插头插入齿条13中时,由于第一弹性元件例如弹簧35、弹簧36的存在,每个锁紧插头都能沿径向独立地进行靠近/远离齿条13的位置浮动。换句话说,在齿条13锁紧状态下,有的锁紧插头插入齿槽133深一些,甚至插入齿槽133的最底部,即离齿条13所在圆周的中心更近,有的锁紧插头插入齿槽133浅一些,或者仅仅抵接于齿顶130而未伸入齿槽133,即离该圆周的中心更远。
以图3中的第一锁紧插头31、第二锁紧插头32为例,此时第二锁紧插头32未插入齿槽133、而是抵接于齿顶130,其对应的弹簧36被压缩得更紧,从而在径向上给与滑动部件30的朝远离齿条13的方向回退的弹力就更大。而第一锁紧插头31插入至齿槽133的最底部,对应的弹簧35的压缩量相对较小,在径向上给与滑动部件30的朝远离齿条13的方向回退的弹力就相对小一些。
与此相对,当滑动部件30运动至最靠近齿条13的锁紧位置时,作为第二弹性元件的弹簧37仍然处于压缩状态,其在径向上给与滑动部件30以朝靠近齿条13的方向前进的弹力,该弹力应大于或等于弹簧35、弹簧36在径向上给与滑动部件30的弹力之和,这样才能保证滑动部件30牢固地被顶在最靠近齿条13的锁紧位置而不会被弹簧35、弹簧36弹开。
(齿条导轨)
接下来,结合图8、图9对齿条导轨21进行具体说明。图8为滑动导轨示意图,图9为滚动导轨示意图。
参看图8,作为一例,定位机构2具有与齿条13适配的齿条导轨21,齿条导轨21具有与支架1的径向内侧表面抵接的导轨滑面211。工作状态下,支架1安装于齿条导轨21内,支架1的径向内侧表面可沿导轨滑面211进行滑动,从而实现位置调节。
在该实施例中,齿条导轨21被设置为从定位机构2的轴向的一侧端面沿轴向凹陷而成,齿条导轨21的径向截面的尺寸、形状则与支架1的径向截面的尺寸、形状相适配,这样支架1可以方便地装入齿条导轨21中。之后再在齿条导轨21的轴向外侧固定安装图1所示的侧盖22,则支架1沿轴向的运动就受到限制,只能沿齿条导轨21设定的轨道进行一个自由度的旋转运动。可以理解,若齿条13是直齿条,则齿条导轨21则是与其适配的直线型导轨,齿条13也只能在齿条导轨21中进行一个自由度的平移运动。
由于支架1的径向内侧表面与导轨滑面211之间为面接触状态,滑动过程中彼此之间存在滑动摩擦,容易使支架1的位置调节阻力更大,也更容易产生磨损,影响使用寿命。
为此,作为一种优选方案,如图9所示,在径向截面上,滚轮221、滚轮222沿周向分布并与支架1的径向内侧表面抵接,从而,支架1可以沿滚轮221、滚轮222构建的弧形轨道移动,即以滚轮221、滚轮222替代导轨滑面211,将滑动摩擦变为滚动摩擦,从而更加省力,也减少了零部件的磨损。可以理解,滚轮221、滚轮222可以是滚轮、滚珠等不同样式,只要能滚动即可,这里不作具体限定。
同时,滚轮/滚珠的数量也不局限于2个,可以是1个或更多个,这里仅以图示的2个为例进行说明。滚轮/滚珠的位置也不限定于与齿条13分别位于支架1的径向的相反侧,因为支架滑动部12共有四个侧面与齿条导轨21抵接,滚轮/滚珠可以设置于支架滑动部12与齿条导轨21抵接的任一侧面或多个侧面。
继续参看图9,优选地,在齿条13的径向外侧也设置沿周向分布的滚轮/滚珠例如滚轮223、滚轮224。由于滚轮223、滚轮224不宜直接与齿条13抵接,为此,作为一种优选方案,如图1所示,支架1具有从齿条13的轴向上的一侧沿轴向延伸的、未设置齿条13的空白区域14。滚轮223、滚轮224分别与空白区域14抵接,从而在轴向上与齿条13相互错开,避免相互干扰。
在本实施例中,通过设置于支架滑动部12的径向内侧和径向外侧的多个滚轮,能够给支架1以更稳固的夹持力,使支架1的运动更加稳定,避免不必要的晃动,也就更利于锁紧。作为一例,图9中还示出了分别用于固定滚轮221、滚轮222、滚轮223、滚轮224的沿轴向延伸的销钉2210、销钉2220、销钉2230、销钉2240,每个销钉和对应的滚轮之间还可以安装轴承。由于不是本发明的重点,这里不过多赘述。
但在支架1和多个滚轮适配的过程中,相互之间不可避免地会存在装配公差,即支架1和多个滚轮之间会存在导致晃动的间隙。为此,作为一种优选的方案,设置可调节位置的滚轮固定座23。
具体而言,通过销钉2210、销钉2220分别将滚轮221、滚轮222固定于滚轮固定座23,滚轮固定座23具有与调节螺钉226适配的调节孔225,调节螺钉226穿过调节孔225之后再拧入定位机构2上,拧紧后实现滚轮固定座23与定位机构2之间的固定连接。
其中,调节螺钉226具有较粗的螺钉底座和相对较细的、垂直于螺钉底座延伸的螺钉钉身。在本实施例中,调节孔225的外径要大于螺钉钉身的外径尺寸,同时小于螺钉底座的外径尺寸。从而,在调节螺钉226尚未拧紧的状态下,调节螺钉226的螺钉钉身与调节孔225之间具有一定的间隙,使得滚轮固定座23可相对于定位机构2朝靠近/远离齿条13的方向进行位置调节。由此,滚轮221、滚轮222也就随滚轮固定座23一起进行位置调节,待到滚轮221、滚轮222与支架1的径向内侧表面贴合紧密、使支架1稳固地被多个滚轮夹持时,再拧紧调节螺钉226,此时,外径更大的螺钉底座将滚轮固定座23紧固于定位机构2上。
通过可调节位置的设计,可以吸收装配公差,在降低零部件加工精度的同时,还能使支架1与多个轴承之间实现零间隙接触,锁紧更稳固,转动也灵活。
(按钮和旋转块)
接下来,结合图10对按钮5进行说明。图10是按钮5结构示意图。
参看图10,作为一例,调节定位装置100还包含作为按压部件的按钮5、旋转块6和固定于定位机构2的旋转基座60,旋转块6通过轴向延伸的销钉63固定于旋转基座60,从而能够绕销钉63所在的旋转轴线进行转动。
旋转块6具有从其大致与销钉63平行的外表面向外突出的第二突出部61,按钮5的靠近旋转块6的一端与第二突出部61抵接。同时,旋转块6在轴向上与滑动部件30邻接。其中,滑动部件30具有从其靠近旋转块6的一侧沿轴向延伸的第一突出部309。旋转块6在靠近滑动部件30的一侧,则具有与第一突出部309的延伸方向大致平行且与第一突出部309抵接的旋转切面62。
从而,当人力按压按钮5时,按钮5会沿图中箭头方向运动,并经由第二突出部61推动旋转块6绕销钉63所在的旋转轴线进行转动。在旋转块6转动时,旋转切面62推动第一突出部309并进而带动滑动部件30沿径向朝远离齿条13的方向运动。而当人力松开时,滑动部件30又会在第二弹性元件即弹簧37的弹力作用下,朝靠近齿条13的方向运动。
换句话说,在齿条13解锁时,正常情况下需要人力拉动滑动部件30沿径向朝远离齿条13的方向运动,而在本实施例中,只需要按压按钮5,就可以通过力的传递来使滑动部件30作出相应运动,增加了力传递的环节,但改变了力的方向。这是由于人的手指从上往下的按压比从前往后的拉动更加方便,因此增加了解锁操作时的便利性。
综上所述,本申请通过多个锁紧插头与齿条13相互配合,实现对器械200的位置调节和锁紧,通过齿条13与齿条导轨21的配合,使器械200只能进行一个自由度的运动。特别是通过合理设计相邻的两个锁紧插头之间的插头间距t2,来保证在滑动部件30运动至最靠近齿条13的锁紧位置时,齿条13中至少一个齿的第一齿面131和至少一个齿的第二齿面132都会分别抵接有至少一个锁紧插头,从而实现对齿条13和器械200的无极调节。
应当理解,以上所述的具体实施例仅用于解释本申请,本申请的保护范围并不限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,根据本申请的技术方案及其发明构思加以变更、置换、结合,都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种器械用调节定位装置,具备用于与该器械固定连接的支架和与所述支架锁紧配合的锁紧机构,所述器械用调节定位装置的特征在于:
所述支架包含设置于该支架的某一个侧面的齿条;
所述锁紧机构具备沿所述支架的设有所述齿条的侧面的法线的方向、进行远离或靠近所述齿条的运动的滑动部件,以及与该滑动部件连接的、沿所述法线的方向延伸的多个锁紧插头;
以所述齿条中多个齿的排列方向为该齿条的延伸方向,以每个齿的靠近所述滑动部件的一端为齿顶,则在所述齿条的延伸方向上,每个齿还具有从所述齿顶向远离所述滑动部件方向延伸、且分别朝所述法线的相反侧倾斜的第一齿面、第二齿面;
所述多个锁紧插头中的每一个锁紧插头在其延伸方向上、相对于其靠近所述齿条的先端更加靠后的位置,与所述滑动部件经由第一弹性元件连接,所述第一弹性元件在沿该锁紧插头的延伸方向上有规定的形变允许量;在所述第一弹性元件的弹力作用下,该锁紧插头的靠近所述齿条的先端能够向靠近所述齿条的方向运动并插入所述齿条中相邻两个齿之间的间隙即齿槽中;
以沿所述齿条的延伸方向上、与所述齿条中所有齿的所述齿顶相切的面为基准面,设每相邻的两个所述齿顶的中心在该基准面上对应的、沿所述齿条的延伸方向的间距即齿距为t1,而在任意选取所述多个锁紧插头中相邻的两个锁紧插头的情况下,设这两个锁紧插头的靠近所述齿条的先端在该基准面上对应的、沿所述齿条的延伸方向上的间距即插头间距为t2;其中,插头间距t2为齿距t1的非整数倍;
从而,在所述滑动部件运动至最靠近所述齿条的位置时,所述齿条中至少一个齿的所述第一齿面和至少一个齿的所述第二齿面分别抵接有所述多个锁紧插头中的至少一个锁紧插头。
4.根据权利要求1所述的器械用调节定位装置,其特征在于:
所述滑动部件具有多个插头导轨,所述多个插头导轨与所述多个锁紧插头的数量一致且一一对应地设置;从而,所述多个锁紧插头中的单个锁紧插头能够经由对应设置的插头导轨进行靠近/远离所述齿条的运动,且该锁紧插头在与其延伸方向垂直的截面上被该插头导轨限位。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的器械用调节定位装置,其特征在于:
所述齿条为曲面形,在所述支架与所述器械的连接状态下,所述器械可与所述齿条同步地进行位置调节。
6.根据权利要求5所述的器械用调节定位装置,其特征在于:
所述齿条为圆弧形,以所述齿条所在的圆周的径向为所述器械用调节定位装置的径向,以垂直于所述齿条的径向截面的方向为轴向,以所述齿条所在的圆周方向为周向,则
在所述支架与所述器械的连接状态下,所述器械可与所述齿条同步地绕着从所述齿条所在的圆周的中心向轴向延伸的轴线进行旋转运动。
7.根据权利要求6所述的器械用调节定位装置,其特征在于:
所述基准面为弧面,且在所述齿条的径向截面上,所述齿距t1为每相邻两个所述齿顶的中心之间在所述基准面上对应的、周向上的弧线长度;所述插头间距t2为在任意选取所述多个锁紧插头中相邻的两个锁紧插头的情况下,这两个锁紧插头的靠近所述齿条的先端的中心之间在所述基准面上对应的、周向上的弧线长度。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的器械用调节定位装置,其特征在于:
所述多个锁紧插头中单个锁紧插头的靠近所述齿条的先端的构造为圆锥形或梯台形或V字形或球形。
9.根据权利要求8所述的器械用调节定位装置,其特征在于:
所述多个锁紧插头中单个锁紧插头的靠近所述齿条的先端的构造为圆锥形或V字形或梯台形,其纵切面的顶角的大小范围为20度至150度。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的器械用调节定位装置,其特征在于:
还具备与所述支架的至少一个侧面抵接的至少一个滚轮/滚珠。
11.根据权利要求10所述的器械用调节定位装置,其特征在于:
所述至少一个滚轮/滚珠中的至少一部分与所述齿条位于所述支架的同侧,
且所述支架在与所述齿条同侧的位置,具有未设置齿条的、用于与同侧的滚轮/滚珠抵接的空白区域。
12.根据权利要求1所述的器械用调节定位装置,其特征在于:
所述滑动部件在沿其运动方向上、相对于其靠近所述齿条的前端更加靠后的位置,与所述锁紧机构之间经由第二弹性元件抵接,所述第二弹性元件在沿所述滑动部件的运动方向上有规定的形变允许量。
13.根据权利要求12所述的器械用调节定位装置,其特征在于:
在所述滑动部件运动至最靠近所述齿条的锁紧位置时,所述第二弹性元件的弹力大于或等于所述多个锁紧插头中、与所述齿条抵接的每一个锁紧插头对应的所述第一弹性元件的弹力之和。
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