CN105076100A - 一种农田对靶施药机机械装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种农业施药机械，具体地，涉及一种农田对靶施药机机械装置，其包括：机架组件(1)、动架组件(2)、喷雾支架组件(3)和喷雾机械手组件(4)。动架组件(2)可对各喷头的作业高度进行较大范围地同时调整，并使其作业高度不受车体侧倾的影响；喷雾支架组件(4)可方便地展开和收起，既保证了作业幅宽，又减少了转弯半径和停放空间；喷雾机械手组件(4)可使单个喷头做水平、垂直方向上的小范围位移，以适用作物个体对施药位置的不同要求，并且，各喷雾机械手组件4间的距离易于调整，可适应不同垄距的作物。
Description
技术领域
本发明涉及一种农业施药机械，具体地，涉及一种农田对靶施药机的机械装置。
背景技术
农药喷洒是农作物病虫草害防治的主要手段，作为农药喷洒的工具，施药器械已由传统的肩背手动式喷雾器向机械化自动喷雾机方向发展。喷杆式喷雾机由于具有工作效率高、防治效果好等优点，目前已逐渐成为大田施药作业的主要机型；但同时，这类喷雾机均匀喷洒的施药方式也使得农药的浪费、流失严重，有效利用率低，并因此引发了作物农药残留大、生产成本高以及环境污染、人畜中毒等一系列问题。
对靶施药是指在识别病虫草害特征的基础上，采用经济可靠的施药方案对目标区域进行定位按需喷雾，可有效减少农药浪费、降低环境污染并提高农产品品质。目前，自动对靶施药技术可分为基于处方图的技术和基于实时传感器传感信息的技术两类。实时传感器一般可采用近红外光电传感器、超声波传感器、激光传感器、视觉传感器或多种传感器的融合，其中，视觉传感器由于具有信息量大、低故障、低成本、非接触等特点，非常适宜在农业环境中应用。基于机器视觉的对靶施药技术及施药装备是近些年来精细农业装备领域中的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于大田垄作植物精准施药的农田对靶施药机机械装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种农田对靶施药机机械装置，所述机械装置包括：机架组件1、动架组件2、喷雾支架组件3和喷雾机械手组件4；其中，
所述机架组件1包括机架5、垂向移动导轨6、机架安装座7、举升油缸安装座8、药箱9和直流电水泵10；
其中，机架5为一矩形框架，两根垂向移动导轨6，分别固定在机架5的矩形框架的内圈两侧，机架安装座7，固定在机架5的前端下部，举升油缸安装座8，固定在机架5的后端下部；
所述动架组件2包括动架11、举升油缸连接座12、摆动油缸铰支座13、第一滑块14、举升油缸15、铰支座16、摆动油缸17、摆动臂18、旋转油缸安装座19、旋转油缸20和组合轴承21；
其中，举升油缸连接座12和摆动油缸铰支座13固定连接在动架11上，动架11的两侧各固定两个第一滑块14，第一滑块14的另一端套装在垂向移动导轨6上，与垂向移动导轨6构成移动副，举升油缸15的底部固定在举升油缸安装座8上，举升油缸15的活塞杆与动架11的举升油缸连接座12相连，铰支座16安装在动架11的后端左侧，摆动油缸17的中部铰接在动架11的摆动油缸铰支座13上，摆动臂18的前端左侧安装在铰支座16上，前端右侧与摆动油缸17的活塞杆铰接，后端两侧设有轴承安装孔，两个旋转油缸安装座19分别固定在摆动臂18的两侧，两个旋转油缸20分别安装在旋转油缸安装座19上，两个组合轴承21分别安装在摆动臂18的轴承安装孔内，旋转油缸20的活塞杆与组合轴承21同轴；
所述喷雾支架组件3包括喷雾支架22、伸缩架连接座23、支架连接座24、横向移动导轨25、电动推杆安装座26、电动推杆27、推杆支架28、交剪伸缩架29和传动块30；
其中，喷雾支架22呈长方体形框架结构，其一侧安装有伸缩架连接座23，支架连接座24的下端套装在组合轴承21的内圈里，与其构成圆柱副，上端与喷雾支架22和旋转油缸20的活塞杆分别固连，两根横向移动导轨25安装在喷雾支架22的内侧下部，电动推杆安装座26由一L形支座和一U形固定座装配而成，安装在喷雾支架22的内侧上部，电动推杆27通过推杆支架28安装在电动推杆安装座26上，交剪伸缩架29由多个直杆铰接而成，其一端通过销轴安装在伸缩架连接座23上，另一端及直杆中部的铰接点分别通过销轴与喷雾机械手组件4的活塞杆连接板32相连；传动块30的一端与电动推杆27的推杆固连，另一端与靠近中央的喷雾机械手组件4的活塞杆连接板32固连；
所述喷雾机械手组件4包括移动座31、活塞杆连接板32、第二滑块33、水平方向直线导轨34、水平方向直线滑块35、竖直方向连接座36、水平方向油缸支座37、水平方向油缸38、竖直方向油缸支座39、竖直方向直线滑块40、竖直方向直线导轨41、电磁阀座42、竖直方向油缸43、电磁阀44和喷头45；
其中，移动座31的一侧设有活塞杆连接板32；四个第二滑块33的上端固定在移动座31的下侧，下端套装在横向移动导轨25上，与横向移动导轨25构成移动副，水平方向直线导轨34安装在移动座31的上侧中部，水平方向直线滑块35配装在水平方向直线导轨34上，与其构成移动副，竖直方向连接座36的上端安装在水平方向直线滑块35上，水平方向油缸支座37的下端与竖直方向连接座36、水平方向直线滑块35固定安装，水平方向油缸38安装在水平方向油缸支座37上，其活塞杆与移动座31的活塞杆连接板32相连，竖直方向油缸支座39安装在竖直方向连接座36下端一侧，竖直方向直线滑块40安装在竖直方向连接座36下端的另一侧，竖直方向直线导轨41的上端与竖直方向直线滑块40配装，与其构成移动副，竖直方向直线导轨41的下端与电磁阀座42固定安装，竖直方向油缸43的缸体与竖直方向油缸支座39铰接，活塞杆与电磁阀座42的上端固连，电磁阀44安装在电磁阀座42上，其出口连接有喷头45。
药箱9、直流电水泵10与机架5固定连接。
组合轴承21为向心滚针－推力球组合轴承。
旋转油缸20为90°旋转油缸。
所述喷雾机械手组件4在喷雾支架组件3上对称布置，数量为3～5对。
机架5上端两侧对称、倾斜向下安装2个同种规格的CCD摄像头46。
摆动臂18上侧中部安装倾角传感器47。
本发明的农田对靶施药机机械装置的特点和优点是：
1、举升油缸通过动架实现对各喷头作业高度较大范围的同时调整，可适应不同作物高度的需要；各喷雾机械手组件的水平、竖直方向油缸可单独控制各自喷头做水平、垂直方向上的小范围移动，以适应作物个体对施药位置的不同要求。
2、各喷雾机械手组件通过交剪伸缩架串接，可在电动推杆的作用下实现联动，以适应不同垄距的需要。
3、摆动臂在摆动油缸作用下可在竖直面内受控摆动，以减小工作过程中车体侧倾对喷雾支架组件及喷雾机械手组件的影响。
4、喷雾支架组件可绕组合轴承的回转轴做90°回转，实现工作状态下展开、非工作状态下收起的功能，该功能可有效减小整机的转弯半径和停放空间，提高整机的灵活性和适应性。
5、机架、动架及喷雾支架的主体均由标准空心型钢焊接而成，既可保证刚度，又可减小整体质量。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明的农田对靶施药机机械装置的结构示意图；
图2为本发明的农田对靶施药机机械装置的机架组件结构示意图；
图3为本发明的农田对靶施药机机械装置的动架组件结构示意图；
图4为本发明的农田对靶施药机机械装置的喷雾支架组件结构示意图；
图5为本发明的农田对靶施药机机械装置的喷雾支架与交剪伸缩架连接第一示意图；
图6为本发明的农田对靶施药机机械装置的喷雾支架与交剪伸缩架连接第二示意图；
图7为本发明的农田对靶施药机机械装置的喷雾机械手组件结构示意图。
附图标记：
1机架组件2动架组件3喷雾支架组件
4喷雾机械手组件5机架6垂向移动导轨
7机架安装座8举升油缸安装座9药箱
10直流电水泵11动架12举升油缸连接座
13摆动油缸铰支座14第一滑块15举升油缸
16铰支座17摆动油缸18摆动臂
19旋转油缸安装座20旋转油缸21组合轴承
22喷雾支架23伸缩架连接座24支架连接座
25横向移动导轨26电动推杆安装座27电动推杆
28推杆支架29交剪伸缩架30传动块
31移动座32活塞杆连接板33第二滑块
34水平方向直线导轨35水平方向直线滑块36竖直方向连接座
37水平方向油缸支座38水平方向油缸39竖直方向油缸支座
40竖直方向直线滑块41竖直方向直线导轨42电磁阀座
43竖直方向油缸44电磁阀45喷头
46CCD摄像头47倾角传感器
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种农田对靶施药机机械装置，包括：机架组件1、动架组件2、喷雾支架组件3和喷雾机械手组件4。
机架组件1是整个装置的安装基础，可安装在拖拉机后端。动架组件2，安装在机架组件1上、并可相对机架组件1沿垂向移动，动架组件2用于保证各喷头在工作过程中的作业高度不受车体侧倾的影响，并实现各喷头作业高度较大范围的同时调整。两个结构相同的喷雾支架组件3，对称安装在动架组件2上、并可相对动架组件2水平转动，喷雾支架组件3可方便地展开和收起，既能保证作业幅宽，又减少了转弯半径和停放空间，使运转更为灵活。多个喷雾机械手组件4，安装在喷雾支架组件3上、可相对喷雾支架组件3水平移动，喷雾机械手组件4作为喷雾作业的执行器可使单个喷头做水平、垂直方向上的小范围位移，以适用作物个体对喷雾位置的不同要求，并且，各喷雾机械手组件4间的距离易于调整，可适应不同垄距的作物。喷雾机械手组件4在喷雾支架组件3上一般对称布置，数量可根据实际需要适当增减，一般为3～5对。
如图2所示，机架组件1包括机架5、垂向移动导轨6、机架安装座7、举升油缸安装座8、药箱9和直流电水泵10。
其中，机架5为一矩形框架，药箱9、直流电水泵10与机架5固定连接。两根垂向移动导轨6，分别固定在机架5的矩形框架的内圈两侧。机架安装座7，固定在机架5的前端下部，用于将机架5安装在拖拉机后部的连接座上。举升油缸安装座8，固定在机架5的后端下部。机架安装座7的具体结构形式需依据牵引拖拉机后面的连接座而定。药箱9布置在机架5的前端，而动架组件2、喷雾支架组件3和喷雾机械手组件4布置在机架5的后端，该布局形式可使整个装置的重心更加靠近机架安装座7，以减小倾覆力矩。
如图3所示，动架组件2包括动架11、举升油缸连接座12、摆动油缸铰支座13、第一滑块14、举升油缸15、铰支座16、摆动油缸17、摆动臂18、旋转油缸安装座19、旋转油缸20和组合轴承21。
其中，举升油缸连接座12和摆动油缸铰支座13固定连接在动架11上；动架11的两侧各固定两个第一滑块14，第一滑块14的另一端套装在垂向移动导轨6上，与垂向移动导轨6构成移动副；举升油缸15的底部固定在举升油缸安装座8上，举升油缸15的活塞杆与动架11的举升油缸连接座12相连，用于实现动架11较大幅度的高度调整；铰支座16安装在动架11的后端左侧；摆动油缸17的中部铰接在动架11的摆动油缸铰支座13上；摆动臂18的前端左侧安装在铰支座16上，前端右侧与摆动油缸17的活塞杆铰接，后端两侧设有轴承安装孔。摆动臂18是喷雾支架组件3的安装基础，其在摆动油缸17作用下，可绕铰支座16的旋转轴在竖直面内可控摆动，以减小工作过程中车体侧倾对喷雾支架组件3及喷雾机械手组件4的影响；两个旋转油缸安装座19分别固定在摆动臂18的两侧；两个旋转油缸20分别安装在旋转油缸安装座19上；两个组合轴承21分别安装在摆动臂18的轴承安装孔内，优选为向心滚针－推力球组合轴承；旋转油缸20的活塞杆与组合轴承21同轴。旋转油缸20为90°旋转油缸，在其带动下，喷雾支架组件3能够围绕组合轴承21的回转轴做90°回转，实现工作状态下展开、非工作状态下收起的功能，该功能可有效减小整个装置的转弯半径和停放空间，提高装置的灵活性和适应性。
如图4、图5、图6所示，喷雾支架组件3包括喷雾支架22、伸缩架连接座23、支架连接座24、横向移动导轨25、电动推杆安装座26、电动推杆27、推杆支架28、交剪伸缩架29和传动块30。
其中，喷雾支架22呈长方体形框架结构，其一侧安装有伸缩架连接座23；支架连接座24的下端套装在组合轴承21的内圈里，与其构成圆柱副，支架连接座24的上端与喷雾支架22和旋转油缸20的活塞杆分别固连，使旋转油缸20可通过支架连接座24带动喷雾支架22相对于动架11旋转；两根横向移动导轨25安装在喷雾支架22的内侧下部；电动推杆安装座26包括一L形支座和一U形固定座，安装在喷雾支架22的内侧上部；电动推杆27通过推杆支架28安装在电动推杆安装座26上；交剪伸缩架29为包括多个互相铰接的直杆的直杆组，所述直杆组包括两侧的两个端点以及两个端点之间的至少一个交叉铰接点，其中，一个端点通过销轴安装在伸缩架连接座23上，另一端点及所述交叉铰接点分别通过销轴与喷雾机械手组件4的活塞杆连接板32相连，以实现各喷雾机械手组件4的联动；传动块30的一端与电动推杆27的推杆固连，另一端与靠近中央的喷雾机械手组件4的活塞杆连接板32固连。当电动推杆27做伸缩运动时，其推杆的运动通过传动块30传递给与靠近中央的喷雾机械手组件4，使其相对于伸缩架连接座23运动，该运动即会通过交剪伸缩架29使各喷雾机械手组件4之间产生相应的相对运动，从而改变了各喷雾机械手组件4的间距，因而，可通过控制电动推杆27的运动来适应不同垄距的需要。
进一步地，如图7所示，喷雾机械手组件4包括移动座31、活塞杆连接板32、第二滑块33、水平方向直线导轨34、水平方向直线滑块35、竖直方向连接座36、水平方向油缸支座37、水平方向油缸38、竖直方向油缸支座39、竖直方向直线滑块40、竖直方向直线导轨41、电磁阀座42、竖直方向油缸43、电磁阀44和喷头45。
其中，移动座31的上表面的一侧设有活塞杆连接板32；四个第二滑块33的上端固定在移动座31的下表面，下端套装在横向移动导轨25上，与横向移动导轨25构成移动副；水平方向直线导轨34安装在移动座31的上表面中部；水平方向直线滑块35配装在水平方向直线导轨34上，与其构成移动副；竖直方向连接座36呈倒U型，其上端安装在水平方向直线滑块35上；水平方向油缸支座37的下端与竖直方向连接座36、水平方向直线滑块35固定安装；水平方向油缸38安装在水平方向油缸支座37上，其活塞杆与移动座31的活塞杆连接板32相连；竖直方向油缸支座39安装在竖直方向连接座36下端一侧；竖直方向直线滑块40安装在竖直方向连接座36下端的另一侧；竖直方向直线导轨41的上端与竖直方向直线滑块40配装，与其构成移动副，竖直方向直线导轨41的下端与电磁阀座42固定安装；竖直方向油缸43的缸体与竖直方向油缸支座39铰接，活塞杆与电磁阀座42的上端固连；电磁阀44安装在电磁阀座42上，其出口连接有喷头45。可通过控制水平方向油缸38，使水平方向直线滑块35沿水平方向直线导轨34水平移动，并通过竖直方向连接座36等中间部件将水平方向运动传递给喷头45；另外，也可通过控制竖直方向油缸43，使竖直方向直线导轨41沿竖直方向直线滑块40竖直移动，并通过电磁阀座42和电磁阀44将运动传递给喷头45；因此，喷头45的位置可沿水平、竖直方向单独调整，以适应作物个体不同喷雾位置的需要。
进一步地，机架5、动架11以及喷雾支架22的主体均由标准空心型钢焊接而成，既可保证刚度，又可减小整体质量。
进一步地，喷雾机械手组件4在所述喷雾支架组件3上对称布置，数量可根据实际需要适当增减，一般为3～5对。
进一步地，机架5上端两侧对称、倾斜向下可安装2个同种规格的CCD摄像头46；摆动臂18上侧中部可安装倾角传感器47；在牵引拖拉机上可安装测速传感器。
应用本发明进行对靶施药的过程，包括以下步骤：
A1、控制旋转油缸20转动，使两个喷雾支架22展开；控制各喷雾机械手组件4的水平方向油缸38和竖直方向油缸43的活塞杆移动到行程中部；控制举升油缸15动作，使各喷头45随动架11运动到相对于作物适当高度处。
A2、控制电动推杆27动作，通过交剪伸缩架29产生的联动作用，使各喷雾机械手组件4间的距离与垄距基本一致，每个喷头各负责一垄作物。
A3、作业过程中，根据倾角传感器47的反馈信息，实时控制摆动油缸17动作，使摆动臂18保持水平。
A4、利用CCD摄像头46实时扫描作业区域场景，经系统处理后获取作物高度、株距、病害区域位置、病害程度等信息，再结合作业目的、作物生长类型以及测速传感器获得的速度信息，确定各喷头45的空间作业位置、喷洒启停时间等作业参数。
A5、控制各喷雾机械手组件4的水平方向油缸38、竖直方向油缸43和电磁阀44动作，按照系统确定的作业参数自动完成喷雾过程。
A6、CCD摄像头46也实时获取各喷头45与作物的相对位置，作为水平方向油缸38、竖直方向油缸43运动控制的反馈信息。
其中，步骤A4中的作业目的可大致分为病害喷雾、草害喷雾和虫害喷雾，作物生长类型大致单株生长和连续生长两类。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种农田对靶施药机机械装置，其特征在于：
所述机械装置包括：机架组件(1)、动架组件(2)、喷雾支架组件(3)和喷雾机械手组件(4)；其中，
所述机架组件(1)包括机架(5)、垂向移动导轨(6)、机架安装座(7)、举升油缸安装座(8)、药箱(9)和直流电水泵(10)；
其中，机架(5)为一矩形框架，两根垂向移动导轨(6)，分别固定在机架(5)的矩形框架的内圈两侧，机架安装座(7)，固定在机架(5)的前端下部，举升油缸安装座(8)，固定在机架(5)的后端下部；
所述动架组件(2)包括动架(11)、举升油缸连接座(12)、摆动油缸铰支座(13)、第一滑块(14)、举升油缸(15)、铰支座(16)、摆动油缸(17)、摆动臂(18)、旋转油缸安装座(19)、旋转油缸(20)和组合轴承(21)；
其中，举升油缸连接座(12)和摆动油缸铰支座(13)固定连接在动架(11)上，动架(11)的两侧各固定两个第一滑块(14)，第一滑块(14)的另一端套装在垂向移动导轨(6)上，与垂向移动导轨(6)构成移动副，举升油缸(15)的底部固定在举升油缸安装座(8)上，举升油缸(15)的活塞杆与动架(11)的举升油缸连接座(12)相连，铰支座(16)安装在动架(11)的后端左侧，摆动油缸(17)的中部铰接在动架(11)的摆动油缸铰支座(13)上，摆动臂(18)的前端左侧安装在铰支座(16)上，前端右侧与摆动油缸(17)的活塞杆铰接，后端两侧设有轴承安装孔，两个旋转油缸安装座(19)分别固定在摆动臂(18)的两侧，两个旋转油缸(20)分别安装在旋转油缸安装座(19)上，两个组合轴承(21)分别安装在摆动臂(18)的轴承安装孔内，旋转油缸(20)的活塞杆与组合轴承(21)同轴；
所述喷雾支架组件(3)包括喷雾支架(22)、伸缩架连接座(23)、支架连接座(24)、横向移动导轨(25)、电动推杆安装座(26)、电动推杆(27)、推杆支架(28)、交剪伸缩架(29)和传动块(30)；
其中，喷雾支架(22)呈长方体形框架结构，其一侧安装有伸缩架连接座(23)，支架连接座(24)的下端套装在组合轴承(21)的内圈里，与其构成圆柱副，上端与喷雾支架(22)和旋转油缸(20)的活塞杆分别固连，两根横向移动导轨(25)安装在喷雾支架(22)的内侧下部，电动推杆安装座(26)由一L形支座和一U形固定座装配而成，安装在喷雾支架(22)的内侧上部，电动推杆(27)通过推杆支架(28)安装在电动推杆安装座(26)上，交剪伸缩架(29)由多个直杆铰接而成，其一端通过销轴安装在伸缩架连接座(23)上，另一端及直杆中部的铰接点分别通过销轴与喷雾机械手组件(4)的活塞杆连接板(32)相连；传动块(30)的一端与电动推杆(27)的推杆固连，另一端与靠近中央的喷雾机械手组件(4)的活塞杆连接板(32)固连；
所述喷雾机械手组件(4)包括移动座(31)、活塞杆连接板(32)、第二滑块(33)、水平方向直线导轨(34)、水平方向直线滑块(35)、竖直方向连接座(36)、水平方向油缸支座(37)、水平方向油缸(38)、竖直方向油缸支座(39)、竖直方向直线滑块(40)、竖直方向直线导轨(41)、电磁阀座(42)、竖直方向油缸(43)、电磁阀(44)和喷头(45)；
其中，移动座(31)的一侧设有活塞杆连接板(32)；四个第二滑块(33)的上端固定在移动座(31)的下侧，下端套装在横向移动导轨(25)上，与横向移动导轨(25)构成移动副，水平方向直线导轨(34)安装在移动座(31)的上侧中部，水平方向直线滑块(35)配装在水平方向直线导轨(34)上，与其构成移动副，竖直方向连接座(36)的上端安装在水平方向直线滑块(35)上，水平方向油缸支座(37)的下端与竖直方向连接座(36)、水平方向直线滑块(35)固定安装，水平方向油缸(38)安装在水平方向油缸支座(37)上，其活塞杆与移动座(31)的活塞杆连接板(32)相连，竖直方向油缸支座(39)安装在竖直方向连接座(36)下端一侧，竖直方向直线滑块(40)安装在竖直方向连接座(36)下端的另一侧，竖直方向直线导轨(41)的上端与竖直方向直线滑块(40)配装，与其构成移动副，竖直方向直线导轨(41)的下端与电磁阀座(42)固定安装，竖直方向油缸(43)的缸体与竖直方向油缸支座(39)铰接，活塞杆与电磁阀座(42)的上端固连，电磁阀(44)安装在电磁阀座(42)上，其出口连接有喷头(45)。
2.如权利要求1所述的农田对靶施药机机械装置，其特征在于：
药箱(9)、直流电水泵(10)与机架(5)固定连接。
3.如权利要求1所述的农田对靶施药机机械装置，其特征在于：
组合轴承(21)为向心滚针－推力球组合轴承。
4.如权利要求1所述的农田对靶施药机机械装置，其特征在于：
旋转油缸(20)为90°旋转油缸。
5.如权利要求1所述的农田对靶施药机机械装置，其特征在于：
所述喷雾机械手组件(4)在喷雾支架组件(3)上对称布置，数量为3～5对。
6.如权利要求1所述的农田对靶施药机机械装置，其特征在于：
机架(5)上端两侧对称、倾斜向下安装2个同种规格的CCD摄像头(46)。
7.如权利要求1所述的农田对靶施药机机械装置，其特征在于：
摆动臂(18)上侧中部安装倾角传感器(47)。
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