CN118062587A - 一种非接触式高精密输送系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种非接触式高精密输送系统及控制方法,所述系统包括定子、导轨、动子;所述导轨安装在定子上,内壁合围形成轨道;动子为永磁铁设置在轨道内;定子内设有驱动动子移动的驱动线圈,定子或导轨上设有检测动子位置的第一传感器;沿导轨底部长度方向设有控制动子与轨道间距的第一悬浮装置,沿导轨两侧长度方向设有控制动子与导轨壁间距的第二、第三悬浮装置;控制方法是通过人机交互装置输入动子的工作任务;主控制器发出指令,通过第一、第二和第三悬浮装置控制动子与导轨之间的间隙;同时启动定子中的驱动线圈驱动动子移动;第一传感器实时反馈动子的位置信息,到终点位置时,主控制器发出指令,控制动子停止移动。本发明的系统运行及控制精度高。
Description
技术领域
本发明涉及物料输送技术领域,具体涉及一种非接触式高精密输送系统及控制方法。
背景技术
现有的环形传输系统为了实现精度较高的运动控制,通常采用线性马达作为核心执行器部件,相比于传统通过旋转马达驱动的输送系统具有速度快、精度高、磨损小等优点。该系统由定子基座、多个动子、导轨、传感器阵列以及控制器组成,广泛应用于自动化生产线、包装与运输、装配自动化、丝网印刷等行业。但是由于现有的环形传输系统中的定子与导轨是直接接触的,所以会产生摩擦,不仅产生了磨损,还降低了精度。
专利号为ZL202121695129.0的实用新型专利为了解决上述问题公开了一种环形磁浮多动子输送系统,但是仍存在以下缺陷,
第一,该专利中没有说明如何实现磁浮的具体方式,即使能够实现磁浮,也只能通过驱动模组产生的磁场使得动子悬浮,但是驱动模组产生的磁场同时还需要驱动动子沿驱动模组移动,由于运动控制和悬浮控制的耦合性强,因此,开发和调试难度高,并且,针对不同的悬浮系统扩展难度高,主控计算和通信负载高,控制效率低。
第二,该专利的动子在导向机构中只能实现竖直方向上的悬浮,动子与导向机构侧壁仍直接接触,导致动子与导向机构仍存在摩擦,一方面,会导致设备部件的磨损及运动阻力和能量损耗的升高;另一方面,动子与导轨之间的摩擦力会降低动子运动的精度和效率,并且摩擦产生的扰动和振动会给电磁系统造成干扰,导致电磁系统运行精度和稳定性下降。
第三,该专利只能实现单任务工作,当输送的工件需要完成不同的工序时,无法通过一套输送系统实现多任务工作。
第四,由于动子是通过安装在导轨的延伸部实现导向的,这种导轨嵌入动子内的结构使得实现分轨的难度大幅度增加。
发明内容
本发明解决现有技术的不足而提供一种可分轨的运行及控制精度高的非接触式高精密输送系统及控制方法。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案如下:
本发明提供一种非接触式高精密输送系统,包括定子、导轨和用于运输工件的动子;所述导轨安装在定子上,所述导轨具有中空的横截面,其内壁合围形成轨道;所述动子为永磁铁,设置在所述轨道内;所述定子内设置有驱动线圈,以驱动动子沿轨道移动,所述定子或导轨上设置有用于实时检测动子位置的第一传感器;所述导轨内设置有悬浮装置,所述悬浮装置包括第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置,所述第一悬浮装置沿所述导轨长度方向设置在所述导轨的底部轨道壁上,所述第一悬浮装置施加给动子竖直方向的力,以使所述动子在竖直方向上与导轨的轨道壁之间保持间隙;所述导轨的两侧轨道壁上沿所述导轨长度方向分别设置有第二悬浮装置和第三悬浮装置,所述第二悬浮装置和第三悬浮装置相对设置,所述第二悬浮装置和第三悬浮装置施加给动子水平方向的力,以使动子在水平方向上与导轨的轨道壁之间保持间隙。
其中,所述第一传感器和驱动线圈沿导轨长度方向间隔排布,所述第一传感器为磁栅传感器或霍尔传感器。
本发明提供一种非接触式高精密输送系统,还包括定子基座,所述定子固定在定子基座上。
由于动子与导轨的轨道壁之间存在间隙,本实施例的动子在运动过程中避免了与轨道接触,所以具有以下有益效果,1、避免了摩擦力的产生和轨道磨损,有效的减小了运动阻力和能量损耗,提高了运动的精度和效率。2,使得动子能快速地响应外部指令和变化,实现更高的动态响应性能,从而提高运动的精度。3,由于本实施例的动子与轨道并不是通过直接接触实现支撑的,所以能够抵抗外部扰动和振动,从而提供更稳定的运动平台,增强运动的精度和稳定性。
在一些实施例中,所述悬浮装置为磁浮装置,所述第一悬浮装置为第一电磁铁,所述第二悬浮装置为第二电磁铁,所述第三悬浮装置为第三电磁铁。
在一些实施例中,所述悬浮装置为气浮装置,所述第一悬浮装置为第一气孔,所述第二悬浮装置为第二气孔,所述第三悬浮装置为第三气孔。
其中,所述气浮装置还包括气道,所述气道设置在导轨内,所述第一气孔、第二气孔和第三气孔通过气道连接气压发生装置。
在一些实施例中,所述动子包括用于装载工件的载物部和设置在轨道内的移动部,所述移动部的顶部向上延伸出轨道,所述载物部固定在移动部的顶部。
在一些进一步的实施例中,在所述导轨的所述轨道顶部设置有限位部,以限制所述动子上移的最大位移;所述限位部上设置有开口,以使所述移动部的顶部伸出轨道。所述限位部的设置能够防止动子在运动过程中意外脱离轨道;并且所述第一悬浮装置通过施加给动子竖直方向的力,使得所述动子与导轨的底部轨道壁之间保持间隙,同时与所述限位部的内壁保持间隙。
在一些实施例中,所述导轨设置有多条,多条导轨通过道岔连接,所述道岔用于将一条导轨与多条导轨连通或用于将多条导轨与一条导轨连通或用于将多条导轨与多条导轨连通。
同一道工序所在导轨内的动子可以通过道岔到达不同工序所在导轨内,不同工序所在导轨内的动子可以通过道岔到达同一道工序所在导轨内,不同工序所在导轨内的动子可通过道岔到达不同工序所在的导轨内。通过上述过程,本实施例可以满足各种类型的多工序的工作任务。
此外,本实施例中的道岔是与导轨的轨道结合起来协同作用的,由于所述动子设置在轨道内,所以本实施例通过结构简单的道岔实现了分轨,使得实现分轨的难度相对现有技术大大减小。
在一些进一步的实施例中,所述导轨为弧形导轨或直线导轨。所述弧形导轨和直线导轨可以任意拼接,形成各种形状和长度的流水线,以适配不同用户的加工需求。
在一些实施例中,还包括第一传感器、人机交互装置、主控制器和从控制器,所述第一传感器用于实时检测动子的位置。所述人机交互装置用于输入动子的运动要求以及动子的工作任务。所述主控制器接收第一传感器和人机交互装置的电信号。所述从控制器接收主控制器的指令,所述从控制器包括运动控制器和悬浮控制器,所述运动控制器控制驱动线圈的启动,以控制动子运动或停止。所述悬浮控制器控制第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置的启动,所述悬浮控制器控制第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置施加力的大小。
基于上述,主控制器完成核心控制算法即动子的调度和协调,从控制器完成具体控制任务,所以本实施例具备以下优点,1、大大减轻了主控制器计算和通信负载,提高了控制效率。2、主从控制分工明确,开发与调试过程可以分别进行,降低了开发和调试难度。3、在从控制器中可以增加电机的过载保护,异常检测,安全性更好。4、针对不同的悬浮系统可以采用不同的悬浮控制器,与运动控制和主控耦合性较小,扩展灵活。
在一些实施例中,还包括第二传感器,所述第二传感器设置在导轨上,用于检测动子与第二传感器所在导轨的内壁之间的间距,所述悬浮控制器接收第二传感器的电信号。
其中,基于所述悬浮装置为磁浮装置的实施方式,所述第二传感器为霍尔传感器、磁栅传感器、电容传感器或光栅尺。基于所述悬浮装置为气浮装置的实施方式,所述第二传感器为气动压力传感器、电容传感器或光栅尺。
并且,所述磁浮装置或气浮装置均能与第二传感器结合起来协同作用,能通过电磁系统或气动系统进行自动调节和控制,根据第二传感器的反馈信号,实时调整磁浮装置或气浮装置施加给动子的磁力或气压力来实现运动控制。这种自动调节和控制能力可以提供更精确的位置和速度控制,进一步提高运动的精度。
本发明还提供一种非接触式高精密输送系统的控制方法,包括如上述任一实施例所述的一种非接触式高精密输送系统的控制系统,还包括以下步骤:
S10,通过人机交互装置输入动子的运动要求以及动子的工作任务;其中所述运动要求为动子在整个运动过程中的运动速度,所述工作任务包括每个动子的运动路线;
S20,主控制器向悬浮控制器发送指令,所述悬浮控制器控制第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置启动,以使动子分别与导轨的各个轨道壁之间存在间隙;
S30,所述运动控制器控制驱动线圈启动,以使动子移动;所述第一传感器将动子的位置信息实时反馈到主控制器;
S40,第一传感器检测到动子移动到终点位置时,主控制器向运动控制器发送指令,所述运动控制器控制动子停止移动。
在一些实施例中,步骤S20中,设定动子距离导轨的内壁之间的间距的最大值和最小值以形成设定值区间,所述第二传感器检测到动子在水平方向上与导轨的内壁之间的间距在所述设定值区间外时,调整第二悬浮装置和第三悬浮装置施加给动子的力,直至动子在水平方向上与导轨的内壁之间的间距在设定值区间内;所述第二传感器检测到动子在竖直方向上与导轨的内壁之间的间距在所述设定值区间外时,调整第一悬浮装置施加给动子的力,直至动子在竖直方向上与导轨的内壁之间的间距在设定值区间内。
在一些实施例中,步骤S30中还包括以下步骤,
S31,所述第一传感器检测到动子经过道岔时,所述运动控制器控制动子停在道岔前;
S32,所述主控制器向运动控制器发送指令,所述运动控制器控制道岔后目标导轨下方的定子内的驱动线圈启动,以使动子移动到目标导轨内。
综上所述,本申请至少具有以下技术效果:
1.非接触式高精密输送系统通过无接触的工作方式、无接触的轨道和分轨结构,以及实时位置检测和悬浮控制,实现了高精度的工件输送。这些创新点的结合使得系统具有提高精度、稳定性和效率的优势,适用于精密加工和装配领域。
2.无接触的工作方式:系统采用非接触式工作方式,通过动子作为永磁铁在轨道内运动,与定子上的驱动线圈相互作用,实现工件的高精度输送。相比传统的接触式输送系统,无接触的工作方式消除了接触摩擦和磨损,提高了系统的稳定性和寿命。
3.无接触的轨道和分轨结构:导轨是系统的关键组成部分,具有中空的横截面,形成了轨道。动子作为永磁铁设置在轨道内,通过悬浮装置实现与轨道的无接触悬浮。导轨的特殊设计使得多个工件可以同时进行分别的输送,提高了系统的效率和灵活性。
4.实时位置检测和悬浮控制:系统配备了实时检测动子位置的传感器,可以精确控制动子的力和位置。悬浮装置包括第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置,通过调整悬浮装置的力和位置,实现动子在竖直和水平方向上与导轨之间的稳定悬浮。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的道岔的结构示意图。
图3为本发明的动子处于工作状态下的示意图。
图4为本发明的磁浮装置的结构示意图。
图5为本发明的气浮装置的结构示意图。
图中,100、导轨;200、道岔;300、定子;400、定子基座;500、动子;510、移动部;520、载物部;600、磁浮装置;601、第一电磁铁;602、第二电磁铁;603、第三电磁铁;610、气浮装置;611、第一气孔;612、第二气孔;613、气道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
另外,本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1至5所示,本发明提供本发明提供一种非接触式高精密输送系统,包括定子300、定子基座400、导轨100和用于运输工件的动子500;所述定子300固定在定子基座400上,所述导轨100安装在定子300上,所述导轨100具有中空的横截面,所述导轨100的内壁合围形成轨道,可以理解的是,所述轨道的横截面的形状包括但不限于矩形、倒等边梯形或倒三角形。所述动子500为永磁铁,所述动子500设置在轨道内,所述定子300内沿导轨100长度方向间隔设置有驱动线圈,以驱动动子500沿轨道移动,所述定子300或导轨100上沿导轨100长度方向间隔设置有用于检测动子500位置的第一传感器,所述第一传感器为磁栅传感器或霍尔传感器;所述导轨100内设置有悬浮装置,所述悬浮装置包括第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置,所述第一悬浮装置沿所述导轨100长度方向间隔设置在所述导轨100的底部轨道壁上,所述第一悬浮装置施加给动子500竖直方向的力,以使所述动子500在竖直方向上与导轨100的轨道壁之间保持间隙;所述导轨100的两侧轨道壁上分别沿所述导轨100长度方向设置有第二悬浮装置和第三悬浮装置,所述第二悬浮装置和第三悬浮装置施加给动子500水平方向的力,以使动子500在水平方向上与导轨100的轨道壁之间保持间隙。
在一些实施例中,所述悬浮装置为磁浮装置600,所述第一悬浮装置为第一电磁铁601,所述第二悬浮装置为第二电磁铁602,所述第三悬浮装置为第三电磁铁603。
在一些实施例中,所述悬浮装置为气浮装置610,所述第一悬浮装置为第一气孔611,所述第二悬浮装置为第二气孔612,所述第三悬浮装置为第三气孔。
其中,所述气浮装置610还包括气道613,所述气道613设置在导轨100内,所述第一气孔611、第二气孔612和第三气孔通过气道613连接气压发生装置。
在一些实施例中,所述动子500包括用于装载工件的载物部520和设置在轨道内的移动部510,所述移动部510的顶部伸出轨道,所述载物部520固定在移动部510的顶部。
在一些进一步的实施例中,所述导轨100上、所述轨道顶部设置有限位部,以限制所述动子上移的最大位移;所述限位部上设置有开口,以使所述移动部510的顶部伸出轨道。所述限位部的设置能够防止动子500在运动过程中意外脱离轨道;并且所述第一悬浮装置通过施加给动子500竖直方向的力,使得所述动子500与导轨100的底部轨道壁之间保持间隙,同时与所述限位部的内壁保持间隙。
在一些实施例中,所述导轨100设置有多条,多条导轨100通过道岔200连接,所述道岔200用于将一条导轨100与多条导轨100连通或用于将多条导轨100与一条导轨100连通或用于将多条导轨100与多条导轨100连通。
在一些进一步的实施例中,所述导轨为弧形导轨或直线导轨。
基于前述,所述导轨100的设置方式包括以下三种实施方式:1.所有的导轨100均为直线导轨。2.所有的导轨100均为弧形导轨。3.一部分导轨100为直线导轨,另一部分导轨100为弧形导轨。
在一些实施例中,还包括第一传感器、人机交互装置、主控制器和从控制器,所述人机交互装置用于输入动子500的运动要求以及动子500的工作任务。所述主控制器接收第一传感器和人机交互装置的电信号。所述从控制器接收主控制器的指令,所述从控制器包括运动控制器和悬浮控制器,所述运动控制器控制驱动线圈的启动,以控制动子500运动或停止;所述悬浮控制器控制第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置的启动,所述悬浮控制器控制第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置施加力的大小。
在一些实施例中,还包括第二传感器,所述第二传感器设置在导轨100上,用于检测动子500与第二传感器所在导轨100的内壁之间的间距,所述悬浮控制器接收第二传感器的电信号。
其中,基于所述悬浮装置为磁浮装置600的实施方式,所述第二传感器为霍尔传感器、磁栅传感器、电容传感器或光栅尺中的至少一种。基于所述悬浮装置为气浮装置610的实施方式,所述第二传感器为气动压力传感器、电容传感器或光栅尺中的至少一种。
本发明还提供一种非接触式高精密输送系统的控制方法,包括如上述任一实施例所述的一种非接触式高精密输送系统的控制系统,还包括以下步骤:
S10,通过人机交互装置输入动子500的运动要求以及动子500的工作任务;其中所述运动要求为动子500在整个运动过程中的运动速度,所述工作任务包括每个动子500的运动路线;
S20,主控制器向悬浮控制器发送指令,所述悬浮控制器控制第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置启动,以使动子500分别与导轨100的各个轨道壁之间存在间隙;
S30,所述运动控制器控制驱动线圈启动,以使动子500移动;所述第一传感器将动子500的位置信息实时反馈到主控制器;
S40,第一传感器检测到动子500移动到终点位置时,主控制器向运动控制器发送指令,所述运动控制器控制动子500停止移动。
在一些实施例中,步骤S20中,设定动子500距离导轨100的内壁之间的间距的最大值和最小值以形成设定值区间,所述第二传感器检测到动子500在水平方向上与导轨100的内壁之间的间距在所述设定值区间外时,调整第二悬浮装置和第三悬浮装置施加给动子500的力,直至动子500在水平方向上与导轨100的内壁之间的间距在设定值区间内;所述第二传感器检测到动子500在竖直方向上与导轨100的内壁之间的间距在所述设定值区间外时,调整第一悬浮装置施加给动子500的力,直至动子500在竖直方向上与导轨100的内壁之间的间距在设定值区间内。
在一些实施例中,S30中还包括以下步骤,
S31,所述第一传感器检测到动子500经过道岔200时,所述运动控制器控制动子500停在道岔200前;
S32,所述主控制器向运动控制器发送指令,所述运动控制器控制道岔200后目标导轨100下方的定子300内的驱动线圈启动,以使动子500移动到目标导轨100内。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (12)
1.一种非接触式高精密输送系统,其特征在于,包括定子(300)、导轨(100)和用于运输工件的动子(500);所述导轨(100)安装在定子(300)上,所述导轨(100)具有中空的横截面,其内壁合围形成轨道;所述动子(500)为永磁铁,设置在所述轨道内;所述定子(300)内设置有驱动线圈,以驱动动子(500)沿轨道移动,所述定子(300)或导轨(100)上设置有用于实时检测动子(500)位置的第一传感器;所述导轨(100)内设置有悬浮装置,所述悬浮装置包括第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置,所述第一悬浮装置沿所述导轨(100)长度方向设置在所述导轨(100)的底部轨道壁上,所述第一悬浮装置施加给动子(500)竖直方向的力,以使所述动子(500)在竖直方向上与导轨(100)的轨道壁之间保持间隙;所述导轨(100)的两侧轨道壁上沿所述导轨(100)长度方向分别设置有第二悬浮装置和第三悬浮装置,所述第二悬浮装置和第三悬浮装置施加给动子(500)水平方向的力,以使动子(500)在水平方向上与导轨(100)的轨道壁之间保持间隙。
2.如权利要求1所述的一种非接触式高精密输送系统,其特征在于,所述悬浮装置为磁浮装置(600),所述第一悬浮装置为第一电磁铁(601),所述第二悬浮装置为第二电磁铁(602),所述第三悬浮装置为第三电磁铁(603)。
3.如权利要求1所述的一种非接触式高精密输送系统,其特征在于,所述悬浮装置为气浮装置(610),所述第一悬浮装置为第一气孔(611),所述第二悬浮装置为第二气孔(612),所述第三悬浮装置为第三气孔。
4.如权利要求1所述的一种非接触式高精密输送系统,其特征在于,所述动子(500)包括用于装载工件的载物部(520)和设置在轨道内的移动部(510),所述移动部(510)的顶部向上延伸出轨道,所述载物部(520)固定在移动部(510)的顶部。
5.如权利要求4所述的一种非接触式高精密输送系统,其特征在于,所述导轨(100)的所述轨道顶部设置有限位部,以限制所述动子(500)上移的最大位移;所述限位部上设置有开口,以使所述移动部(510)的顶部伸出轨道。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种非接触式高精密输送系统,其特征在于,所述导轨(100)设置有多条,多条导轨(100)通过道岔(200)连接,所述道岔(200)用于将一条导轨(100)与多条导轨(100)连通或用于将多条导轨(100)与一条导轨(100)连通或用于将多条导轨(100)与多条导轨(100)连通。
7.如权利要求1所述的一种非接触式高精密输送系统,其特征在于,所述导轨(100)为弧形导轨或直线导轨。
8.如权利要求1所述的一种非接触式高精密输送系统,其特征在于,还包括:
第一传感器,用于实时检测动子(500)的位置;
人机交互装置,用于输入动子(500)的运动要求以及动子(500)的工作任务;
主控制器,用于接收第一传感器和人机交互装置的电信号;
从控制器,用于接收主控制器的指令,从控制器包括运动控制器和悬浮控制器;所述运动控制器控制驱动线圈的启动,以控制动子(500)运动或停止;所述悬浮控制器控制第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置的启动,所述悬浮控制器控制第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置施加力的大小。
9.如权利要求8所述的一种非接触式高精密输送系统,其特征在于,还包括第二传感器,所述第二传感器设置在导轨(100)上,用于检测动子(500)与第二传感器所在导轨(100)的内壁之间的间距,所述悬浮控制器接收第二传感器的电信号。
10.一种非接触式高精密输送系统的控制方法,包括如权利要求9所述的一种非接触式高精密输送系统的控制系统,其特征在于,还包括以下步骤:
S10,通过人机交互装置输入动子(500)的运动要求以及动子(500)的工作任务;
S20,主控制器向悬浮控制器发送指令,悬浮控制器控制第一悬浮装置、第二悬浮装置和第三悬浮装置启动,以使动子(500)分别与导轨(100)的各个轨道壁之间存在间隙;
S30,运动控制器控制驱动线圈启动,以使动子(500)移动;第一传感器将动子(500)的位置信息实时反馈到主控制器;
S40,第一传感器检测到动子(500)移动到终点位置时,主控制器向运动控制器发送指令,运动控制器控制动子(500)停止移动。
11.如权利要求10所述的一种非接触式高精密输送系统的控制方法,其特征在于,S20中,设定动子(500)距离导轨(100)的内壁之间的间距的最大值和最小值以形成设定值区间,第二传感器检测到动子(500)在水平方向上与导轨(100)的内壁之间的间距在所述设定值区间外时,调整第二悬浮装置和第三悬浮装置施加给动子(500)的力,直至动子(500)在水平方向上与导轨(100)的内壁之间的间距在设定值区间内;第二传感器检测到动子(500)在竖直方向上与导轨(100)的内壁之间的间距在所述设定值区间外时,调整第一悬浮装置施加给动子(500)的力,直至动子(500)在竖直方向上与导轨(100)的内壁之间的间距在设定值区间内。
12.如权利要求10所述的一种非接触式高精密输送系统的控制方法,其特征在于,在步骤S30中还包括以下步骤,
S31,第一传感器检测到动子(500)经过道岔(200)时,运动控制器控制动子(500)停在道岔(200)前;
S32,主控制器向运动控制器发送指令,运动控制器控制道岔(200)后目标导轨(100)下方的定子(300)内的驱动线圈启动,以使动子(500)移动到目标导轨(100)内。
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