CN110712190A - 外骨骼机器人穿脱支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及外骨骼机器人穿脱支撑结构,包括控制箱,控制箱通过搁物架放置在背架上;控制箱上设置有上下伸缩机构;上下伸缩机构的下端设置有能展开的支撑机构。本发明达到的有益效果是:一个人便能实现穿戴外骨骼穿戴、穿戴方便、总体重量轻、能自行简单维修。
Description
技术领域
本发明涉及人机工程学技术领域,特别是外骨骼机器人穿脱支撑结构。
背景技术
在科考、消防营救等领域,科考人员及消防营救人员常常需要长距离行走、背负重物、运送伤员、野外作战、登山探险等,传统的轮式交通工具难以在这些特殊场合发挥作用。特别是军队士兵经常需要身负重物进行长距离行走或作战,过重的负载常会对士兵身体造成一定的伤害,在这种背景下,需要开发一款能在战场环境中增强士兵速度、力量以及耐力的外骨骼装备。
虽然外骨骼逐步在运用,但技术依然不够完善,只能从一定程度上称为外骨骼。这些外骨骼在穿戴时必须要其他人辅助穿戴,非常的不方便,在卸下时同样如此,穿戴、卸下基本要在基地中进行,这对于军事活动的士兵而言非常不方面。
为此,申请人对其进行改进,设计一种随穿随卸的外骨骼,便于在野外也可一个人随穿上随卸。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供一个人便能实现穿戴外骨骼穿戴、穿戴方便、能自行简单维修、总体重量轻的外骨骼机器人穿脱支撑结构。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:外骨骼机器人穿脱支撑结构,包括控制箱,控制箱通过搁物架放置在背架上;所述的控制箱上设置有上下伸缩机构;
上下伸缩机构的下端设置有能展开的支撑机构。
所述的控制箱沿竖直开有凹槽;所述上下伸缩机构设置在凹槽内,且沿凹槽上下伸缩;所述支撑机构回缩后也位于凹槽内。
所述的控制箱内设置有控制系统,控制系统控制伸缩机构和支撑机构的动作。
进一步地,所述的伸缩机构包括第一伸缩件、第二伸缩件;
所述的凹槽的左右内侧沿上下方向开有滑槽A,滑槽A与凹槽的槽底具有间距,第一伸缩件装在滑槽A内,且第一伸缩件的外侧面与滑槽A之间具有间距;
所述第一伸缩件设置在凹槽内,其上开有竖直方向的滑槽B;
所述第二伸缩件与凹槽A滑动适配安装,其上开有竖直方向的滑槽C;
所述支撑机构与滑槽C滑动适配安装。
所述的第一伸缩件呈龙门架状,其上端为横梁而两侧为侧板,滑槽B位于其两侧板的内侧面;所述第二伸缩件仅有两侧板,滑槽C位于其两侧板的内侧面;所述支撑机构的上端呈U型。
进一步地,所述的控制箱上固定有能自锁的正反电机A,电机A通过丝杠与第一伸缩件的横梁螺纹配合,电机A带动第一伸缩件上下移动;
所述的第一伸缩件的下端外侧、第二伸缩件的上端内侧、第二伸缩件的下端外侧、支撑机构的上端内侧均设置有滚轮,滚轮的轮面开有同轴心的环形槽;
所述滑槽A的上部固定有起展开作用的绳A,绳A绕过第一伸缩件下端外侧的滚轮后固定在第二伸缩件上端内侧的滚轮上;
所述第一伸缩件的下端固定有起展开作用的绳B,绳B绕过第二伸缩件下端外侧的滚轮后固定在支撑机构上端内侧的滚轮上;
展开时,电机A通过丝杠带动第一伸缩件向下移动,第一伸缩件将绳A往下顶,绳A带动第二伸缩件向下移动;同理,绳B带动支撑机构向下移动。
进一步地,所述的第一伸缩件的横梁的下表面固定有两个滑轮,支撑机构上端的U型中部固定有一个滑轮,这三个滑轮之间绕有起收缩作用的绳C;
绳C的一端固定在凹槽的槽底面上,绳C另一端依次绕过第一伸缩件横梁上的一个滑轮、支撑机构上端的U型中部的滑轮、第一伸缩件横梁上的另一个滑轮后固定在支撑机构上;
回缩时,电机A带动丝杠转动,丝杠带动第一伸缩件回缩,第一伸缩件通过绳C带动支撑机构向上移动;当支撑机构向上移动,对绳B起到一个向上拉动的作用,从而带动第二伸缩件向上移动,并且回缩时,绳A始终卡在对应滚轮中。
进一步地,所述的支撑机构包括竖直支撑板、展开架和斜支撑组件;
所述竖直支撑板与滑槽C滑动适配安装,竖直支撑板的上端呈U型,其上端内侧设置有滚轮,其上端U型中部固定有滑轮,绳C的另一端固定在竖直支撑板的背面下部处;
所述竖直支撑板的背面中部开有竖直的容纳槽,其回缩时,丝杠在容纳槽中运动;
所述斜支撑组件的上端铰接在竖直支撑板的正面上部;
所述展开架的上端通过横轴A铰接在斜支撑组件背面上部处,展开架的下端开有腰型长孔,通过在腰型长孔中穿有横轴B铰接在竖直支撑板正面中部。
进一步地,所述的斜支撑组件包括底板、平行四边形支架、能自锁紧的电机B;
所述底板的上端铰接在竖直支撑板上,底板的下部和上部分别贯穿设置有转轴A、转轴B,转轴A和转轴B通过轴承与底板配合安装;
所述电机B固定在底板下部的正面,其输出轴穿过底板,输出轴的端头上套设有主动轮,转轴A在底板背面的端头套有从动轮,主动轮和从动轮通过皮带传动相连;
所述转轴A位于底板正面端头套设有齿轮A,转轴B位于底板正面端头套设有齿轮B;
所述转轴B位于底板背面端头套设有主动锥齿轮,横轴A上设置有从动锥齿轮,主动锥齿轮和从动锥齿轮啮合,横轴A与展开架固定为一体且横轴A通过键槽结构与从动锥齿轮配合安装,转轴B转动时通过主动锥齿轮带动从动锥齿轮转动,从动锥齿轮带动展开架绕横轴B转动,从而将底板倾斜顶起;
所述的平行四边形支架包括左右平行设置的两根侧杆、连杆A、连杆B、连杆C和连杆D,两根侧杆平行于底板的两侧设置,两根侧杆的上端分别与连杆A的一端、连杆B的一端铰接,两根侧杆的中部分别与连杆C的一端、连杆D的一端铰接;
连杆A的另一端、连杆B的另一端分别与一个销轴A固定相连,销轴B通过轴承与底板配合安装,销轴B通过键槽结构套设有齿轮C,齿轮C与齿轮B啮合;
连杆C的另一端、连杆D的另一端分别与一个销轴A固定相连,销轴A通过轴承与底板配合安装,销轴A通过键槽结构套设有齿轮D,齿轮D与齿轮A啮合;
斜支撑组件展开时,电机B通过皮带带动转轴A转动,转轴A带动齿轮A转动,齿轮A带动齿轮D转动,齿轮D转动时会带动销轴A转动,销轴A转动会带动连杆C和连杆D展开,连杆C和连杆D展开则会带动连杆A和连杆B展开,连杆A和连杆B展开时会带动销轴B转动,销轴B转动会带动齿轮C转动,齿轮C转动会带动齿轮B转动,齿轮B转动会带动转轴B转动,转轴B带动主动锥齿轮转动,主动锥齿轮通过从动锥齿轮带动横轴A转动,从而带动展开架展开。
电机A、电机B均与控制箱内的控制系统电连接。
本发明具有以下优点:
(1)本方案用于穿戴外骨骼机械人,且结构的设置,使得一个人在野外也能实现穿戴,而传统的外骨骼机器人则需要人辅助穿戴,本方案更为方便、更适合作战;
(2)控制箱的滑槽、伸缩机构以及能展开的支撑机构的设置,使得伸缩机构和支撑机构在回缩后,能全部位于滑槽内,不占空间,在背负外骨骼机器人的同时也背负了本方案的结构;
(3)本方案中,展开采用绳A和绳B,回缩时采用绳C,即展开和回缩采用两套机构,且结构简单,当损坏时,能自行更换维修,作战时的可靠性高;
(4)外骨骼机器人进行制备时,整体重量是一个非常重要的指标,越轻越好,但由于电机的重量非常大,因此本方案通过设计一个电机B,便可实现底板的倾斜展开、以及平行四边形支架的展开,整体重量得到较小,整个外骨骼机器人的重量得到有效减轻。
附图说明
图1 为控制箱放置在外骨骼机器人上的结构图;
图2 为本发明的结构图;
图3 为上下伸缩机构的结构图;
图4 为上下伸缩机构展开所需的示意图;
图5 为4中具体的放大图;
图6 为上下伸缩机构回缩所需的示意图;
图7 为图6中具体的放大图;
图8 为支撑机构的结构图;
图9 为支撑机构除竖直支撑板外的背部结构图;
图10 为主动锥齿轮和从动锥齿轮处的结构图;
图11 为电路连接示意图;
图中:1-控制箱,2-第一伸缩件,3-第二伸缩件,4-电机A,5-滚轮,6-绳A,7-绳B,8-滑轮,9-绳C,10-竖直支撑板,11-展开架,12-横轴A,13-腰型长孔,14-横轴B,15-底板,16-电机B,17-主动轮,18-从动轮,19-齿轮A,20-齿轮B,2101-侧杆,2102-连杆A,2103-连杆B,2104-连杆C,2105-连杆D,22-齿轮C,23-齿轮D。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1~图11 所示,外骨骼机器人穿脱支撑结构,包括控制箱1,控制箱1通过搁物架放置在外骨骼机器人的背架上,在控制箱1的内侧面上开有竖直方向的凹槽,凹槽内设置有上下伸缩机构,上下伸缩机构的下端设置有能展开的支撑机构,上下伸缩机构和支撑机构在展开时均伸出凹槽外,而回缩时又都收在凹槽内。在控制箱1内设置有控制系统,控制系统控制伸缩机构和支撑机构的动作。
进一步地,在支撑机构的下端设置支撑头,支撑头内设置有压力感应器,当压力感应器感应到足够压力时,通过控制系统控制上下伸缩机构不再伸出。
本方案中,凹槽的左右内侧沿上下方向开有滑槽A,滑槽A与凹槽的槽底具有间距,伸缩机构包括第一伸缩件2、第二伸缩件3,第一伸缩件2装在滑槽A内,且第一伸缩件2的外侧面与滑槽A之间具有间距。
具体地,第一伸缩件2呈龙门架状,其上端为横梁而两侧为侧板。第二伸缩件3仅有两侧板。在第一伸缩部件2的两侧板内壁沿上下方向开有滑槽B,第二伸缩件3的两侧板内壁沿上下方向开有滑槽C。第二伸缩件3适配地安装在滑槽B中,滑槽C内适配的安装有支撑机构。本实施例中,支撑机构的上端呈U型。
为了实现上下伸缩机构和支撑机构向下展开动作,本方案的结构设计为:(一)在控制箱1上固定有能自锁的正反电机A4,电机A4通过丝杠与第一伸缩件2的横梁螺纹配合,电机A4带动第一伸缩件2上下移动;(二)在第一伸缩件2的下端外侧、第二伸缩件3的上端内侧、第二伸缩件3的下端外侧、支撑机构的上端内侧均设置有滚轮5,滚轮5的轮面开有同轴心的环形槽;绳A6的一端固定在滑槽A的上部,绳A6的另一端绕过第一伸缩件2下端外侧的滚轮5后固定在第二伸缩件3上端内侧的滚轮5上;(三)第一伸缩件2的下端固定有起展开作用的绳B7,绳B7绕过第二伸缩件3下端外侧的滚轮5后固定在支撑机构上端内侧的滚轮5上。
在进行展开动作时,工作过程为:电机A4通过丝杠带动第一伸缩件2向下移动,第一伸缩件2将绳A6往下顶,绳A6带动第二伸缩件3向下移动;同理,绳B7带动支撑机构向下移动。
为了实现上下伸缩机构和支撑机构向上回缩的动嘴,本方案的结构设计为:(一)第一伸缩件2的横梁的下表面固定有两个滑轮8,支撑机构上端的U型中部固定有一个滑轮8,这三个滑轮8之间绕有起收缩作用的绳C9;(二)绳C9的一端固定在凹槽的槽底面上,绳C9另一端依次绕过第一伸缩件2横梁上的一个滑轮8、支撑机构上端的U型中部的滑轮8、第一伸缩件2横梁上的另一个滑轮8后固定在支撑机构上。
在进行回缩动作时,工作过程为:电机A4带动丝杠转动,丝杠带动第一伸缩件2回缩,第一伸缩件2通过绳C9带动支撑机构向上移动;当支撑机构向上移动,对绳B7起到一个向上拉动的作用,从而带动第二伸缩件3向上移动,并且回缩时,绳A6始终卡在对应滚轮中。
本实施例中,为了实现支撑机构的展开支撑,并且为了减轻总体重量,支撑机构包括竖直支撑板10、展开架11和斜支撑组件。竖直支撑板10与滑槽C滑动适配安装,斜支撑组件的上端铰接在竖直支撑板10的正面。展开架11上端通过横轴A12铰接在斜支撑组件的背面上部;展开架11的下端开有长腰型孔13,通过在长腰型孔13中穿有横轴B14,横轴B14固定设置在竖直支撑板10的正面中部实现铰接。
本实施例中,竖直支撑板10的上端呈U型,其上端内侧设置有滚轮,其上端U型中部固定有滑轮8,绳C9的另一端固定在竖直支撑板10的背面下部处,支撑头固定在其下端面处。
并且竖直支撑板10的背面中部开有竖直的容纳槽,其回缩时,丝杠在容纳槽中运动。
具体地,斜支撑组件包括底板15、平行四边形支架、能自锁紧的电机B16。底板15的上端铰接在竖直支撑板10上,底板15的下端正面处垂直设置有电机B16,电机B16的输出轴贯穿底板15。底板15的下部和上部分别贯穿设置有转轴A、转轴B,且两者均通过轴承与底板15配合安装。
在底板15的背面处,电机16的输出端通过键槽套设有主动轮17,转轴A的端头通过键槽结构套设有从动轮18,主动轮17和从动轮18通过皮带传动相连;转轴B的端头通过键槽结构套设有主动锥齿轮。
在底板15的正面处,转轴A的端头通过键槽结构套设有齿轮A,转轴B的端头通过键槽结构套设有齿轮B。
在底板15正面处,设置有两个齿轮C22、两个齿轮D24,两个齿轮D24与齿轮A19啮合,两个齿轮C与齿轮B20啮合。齿轮D24通过键槽结构套设在销轴A上,销轴A与底板15通过轴承配合安装;齿轮C22通过键槽结构套设在销轴B上,销轴B与底板15通过轴承配合安装。
平行四边形支架包括左右平行设置的两根侧杆2101、连杆A2101、连杆B2103、连杆C2104和连杆D2105。其中,两根侧杆2101平行于底板15的两侧设置。两根侧杆2101的中部分别与连杆C2104的一端、连杆D2105的一端铰接,而两者的另一端通过键槽结构套设在销轴A上。两根侧杆2101的上端分别与连杆A2102的一端、连杆B2103的一端铰接,而两者的另一端则通过键槽结构套设在销轴B上。
平行四边形支架展开时,其动作过程为:电机B16通过皮带带动转轴A转动,转轴A带动齿轮A19转动,齿轮A19带动齿轮D23转动,齿轮D23转动时会带动销轴A转动,销轴A转动会带动连杆C2204和连杆D2205展开,连杆C2204和连杆D2205展开则会带动连杆A2202和连杆B2203展开。
为了让底板15从竖直支撑板10上展开,且也通过电机B16实现,本方案中:在底板15的背面处,转轴B的端头通过键槽结构套设有主动锥齿轮,展开架11的上端处固定一体地设置有横轴A12,横轴A12上通过键槽结构套设有从动锥齿轮,横轴A12的两端铰接在底板15的背面。并且展开架11的下部开有长腰型孔13,长腰型孔13中穿有横轴B14,横轴B14的两端铰接在竖直支撑板10正面的中部。
底板15从竖直支撑板10上展开时,其动作过程为:当连杆A2202和连杆B2203展开时会带动销轴B转动,销轴B转动会带动齿轮C22转动;齿轮C22转动会带动齿轮B20转动,齿轮B20转动会带动转轴B转动,转轴B带动主动锥齿轮转动;主动锥齿轮通过从动锥齿轮带动横轴A转动,横轴A转动则会带动展开架11绕横轴B转动,从而实现了底板15的倾斜撑开。
本实施例中,支撑头中的压力感应器与控制系统电连接,控制系统还与电机A4、电机B16电连接。
Claims (10)
1.外骨骼机器人穿脱支撑结构,其特征在于:包括控制箱(1),控制箱(1)通过搁物架放置在背架上;
所述的控制箱(1)上设置有上下伸缩机构;
上下伸缩机构的下端设置有能展开的支撑机构。
2.根据权利要求1所述的外骨骼机器人穿脱支撑结构,其特征在于:所述的控制箱(1)沿竖直开有凹槽;
所述上下伸缩机构设置在凹槽内,且沿凹槽上下伸缩;
所述支撑机构回缩后也位于凹槽内。
3.根据权利要求2所述的外骨骼机器人穿脱支撑结构,其特征在于:所述的控制箱(1)内设置有控制系统,控制系统控制伸缩机构和支撑机构的动作。
4.根据权利要求3所述的外骨骼机器人穿脱支撑结构,其特征在于:所述的伸缩机构包括第一伸缩件(2)、第二伸缩件(3);
所述的凹槽的左右内侧沿上下方向开有滑槽A,滑槽A与凹槽的槽底具有间距,第一伸缩件(2)装在滑槽A内,且第一伸缩件(2)的外侧面与滑槽A之间具有间距;
所述第一伸缩件(2)设置在凹槽内,其上开有竖直方向的滑槽B;
所述第二伸缩件(3)与凹槽A滑动适配安装,其上开有竖直方向的滑槽C;
所述支撑机构与滑槽C滑动适配安装。
5.根据权利要求4所述的外骨骼机器人穿脱支撑结构,其特征在于:所述的第一伸缩件(2)呈龙门架状,其上端为横梁而两侧为侧板,滑槽B位于其两侧板的内侧面;
所述第二伸缩件(3)仅有两侧板,滑槽C位于其两侧板的内侧面;
所述支撑机构的上端呈U型。
6.根据权利要求5所述的外骨骼机器人穿脱支撑结构,其特征在于:所述的控制箱(1)上固定有能自锁的正反电机A(4),电机A(4)通过丝杠与第一伸缩件(2)的横梁螺纹配合,电机A(4)带动第一伸缩件(2)上下移动;
所述的第一伸缩件(2)的下端外侧、第二伸缩件(3)的上端内侧、第二伸缩件(3)的下端外侧、支撑机构的上端内侧均设置有滚轮(5),滚轮(5)的轮面开有同轴心的环形槽;
所述滑槽A的上部固定有起展开作用的绳A(6),绳A(6)绕过第一伸缩件(2)下端外侧的滚轮(5)后固定在第二伸缩件(3)上端内侧的滚轮(5)上;
所述第一伸缩件(2)的下端固定有起展开作用的绳B(7),绳B(7)绕过第二伸缩件(3)下端外侧的滚轮(5)后固定在支撑机构上端内侧的滚轮(5)上;
展开时,电机A(4)通过丝杠带动第一伸缩件(2)向下移动,第一伸缩件(2)将绳A(6)往下顶,绳A(6)带动第二伸缩件(3)向下移动;同理,绳B(7)带动支撑机构向下移动。
7.根据权利要求6所述的外骨骼机器人穿脱支撑结构,其特征在于:所述的第一伸缩件(2)的横梁的下表面固定有两个滑轮(8),支撑机构上端的U型中部固定有一个滑轮(8),这三个滑轮(8)之间绕有起收缩作用的绳C(9);
绳C(9)的一端固定在凹槽的槽底面上,绳C(9)另一端依次绕过第一伸缩件(2)横梁上的一个滑轮(8)、支撑机构上端的U型中部的滑轮(8)、第一伸缩件(2)横梁上的另一个滑轮(8)后固定在支撑机构上;
回缩时,电机A(4)带动丝杠转动,丝杠带动第一伸缩件(2)回缩,第一伸缩件(2)通过绳C(9)带动支撑机构向上移动;当支撑机构向上移动,对绳B(7)起到一个向上拉动的作用,从而带动第二伸缩件(3)向上移动,并且回缩时,绳A(6)始终卡在对应滚轮中。
8.根据权利要求7所述的外骨骼机器人穿脱支撑结构,其特征在于:所述的支撑机构包括竖直支撑板(10)、展开架(11)和斜支撑组件;
所述竖直支撑板(10)与滑槽C滑动适配安装,竖直支撑板(10)的上端呈U型,其上端内侧设置有滚轮,其上端U型中部固定有滑轮(8),绳C(9)的另一端固定在竖直支撑板(10)的背面下部处;
所述竖直支撑板(10)的背面中部开有竖直的容纳槽,其回缩时,丝杠在容纳槽中运动;
所述斜支撑组件的上端铰接在竖直支撑板(10)的正面上部;
所述展开架(11)的上端通过横轴A(12)铰接在斜支撑组件(10)背面上部处,展开架(11)的下端开有腰型长孔(13),通过在腰型长孔(13)中穿有横轴B(14)铰接在竖直支撑板(10)正面中部。
9.根据权利要求8所述的外骨骼机器人穿脱支撑结构,其特征在于:所述的斜支撑组件包括底板(15)、平行四边形支架、能自锁紧的电机B(16);
所述底板(15)的上端铰接在竖直支撑板(10)上,底板(15)的下部和上部分别贯穿设置有转轴A、转轴B,转轴A和转轴B通过轴承与底板(15)配合安装;
所述电机B(16)固定在底板(15)下部的正面,其输出轴穿过底板,输出轴的端头上套设有主动轮(17),转轴A在底板(15)背面的端头套有从动轮(18),主动轮(17)和从动轮(18)通过皮带传动相连;
所述转轴A位于底板(15)正面端头套设有齿轮A(19),转轴B位于底板(15)正面端头套设有齿轮B(20);
所述转轴B位于底板(15)背面端头套设有主动锥齿轮,横轴A(12)上设置有从动锥齿轮,主动锥齿轮和从动锥齿轮啮合,横轴A(12)与展开架(11)固定为一体且横轴A(12)通过键槽结构与从动锥齿轮配合安装,转轴B转动时通过主动锥齿轮带动从动锥齿轮转动,从动锥齿轮带动展开架(11)绕横轴B(14)转动,从而将底板(15)倾斜顶起;
所述的平行四边形支架包括左右平行设置的两根侧杆(2101)、连杆A(2101)、连杆B(2103)、连杆C(2104)和连杆D(2105),两根侧杆(2101)平行于底板(15)的两侧设置,两根侧杆(2101)的上端分别与连杆A(2102)的一端、连杆B(2103)的一端铰接,两根侧杆(2101)的中部分别与连杆C(2104)的一端、连杆D(2105)的一端铰接;
连杆A(2102)的另一端、连杆B(2103)的另一端分别与一个销轴B固定相连,销轴B通过轴承与底板(15)配合安装,销轴B通过键槽结构套设有齿轮C(22),齿轮C(22)与齿轮B(20)啮合;
连杆C(2204)的另一端、连杆D(2205)的另一端分别与一个销轴A固定相连,销轴A通过轴承与底板(15)配合安装,销轴A通过键槽结构套设有齿轮D(23),齿轮D(23)与齿轮A(19)啮合;
斜支撑组件展开时,电机B(16)通过皮带带动转轴A转动,转轴A带动齿轮A(19)转动,齿轮A(19)带动齿轮D(23)转动,齿轮D(23)转动时会带动销轴A转动,销轴A转动会带动连杆C(2204)和连杆D(2205)展开,连杆C(2204)和连杆D(2205)展开则会带动连杆A(2202)和连杆B(2203)展开,连杆A(2202)和连杆B(2203)展开时会带动销轴B转动,销轴B转动会带动齿轮C(22)转动,齿轮C(22)转动会带动齿轮B(20)转动,齿轮B(20)转动会带动转轴B转动,转轴B带动主动锥齿轮转动,主动锥齿轮通过从动锥齿轮带动横轴A转动,从而带动展开架(11)展开。
10.根据权利要求9所述的外骨骼机器人穿脱支撑结构,其特征在于:所述的电机A(4)、电机B(16)均与控制箱(1)内的控制系统电连接。
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