CN106182052B - 一种智能机器人手部系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种手部系统，尤其涉及一种智能机器人手部系统及其操作方法。包括手臂和手掌，所述的手臂的外端通过手掌连接件与手掌相活动连接，所述的手臂中设有控制舵机组件，所述的手掌连接件与手臂通过手臂舵机组件相活动，所述的手掌中设有手指组件，所述的控制舵机组件控制手指组件进行活动。一种智能机器人手部系统及其操作方法结构紧凑，装拆维修方便，仿真程度高，人机互动性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种手部系统，尤其涉及一种智能机器人手部系统及其操作方法。
背景技术
现有的技术中的机器人，使用性能相对较差，灵活性不佳，相对笨重。
中国专利201510503884.7 ，公开一种迎宾机器人，包括底座，安装在底座上的外壳，所述外壳内设置有驱动装置，智能处理系统，智能控制系统，所述驱动装置连接智能处理系统和智能控制系统，所述智能处理系统和智能控制系统连接，所述智能处理系统内设置有多种招待模式，能够识别宾客的性别，高矮，视力，听力，能够对宾客进行粗略身份归类，为不同类型的宾客提供不同类型的语音、音量、提醒提前量和交流模式。智能性与灵活性存在不足。
发明内容
本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种结构紧凑，操作性能出色，仿真程度高的一种智能机器人手部系统及其操作方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种智能机器人手部系统，包括手臂和手掌，所述的手臂的外端通过手掌连接件与手掌相活动连接，所述的手臂中设有控制舵机组件，所述的手掌连接件与手臂通过手臂舵机组件相活动，所述的手掌中设有手指组件，所述的控制舵机组件控制手指组件进行活动；
所述的控制舵机组件包括大姆指指根控制舵机、大姆指指头控制舵机、食指控制舵机、无名指控制舵机、小指控制舵机和中指控制舵机，所述的大姆指指根控制舵机、大姆指指头控制舵机、食指控制舵机、无名指控制舵机、小指控制舵机和中指控制舵机分别固定在手臂中，所述的大姆指指根控制舵机、大姆指指头控制舵机、食指控制舵机、无名指控制舵机、小指控制舵机和中指控制舵机中分别设有拉线舵盘；
所述的手臂舵机组件包括设在手臂中的手臂舵机，所述的手掌连接件中设有手臂舵盘，所述的手臂舵机驱动手臂舵盘进行转动；
所述的手指组件包括小指、无名指、中指、食指和大姆指，所述的小指、无名指、中指、食指和大姆指分别由指尖、指中和指根组成，所述的指中的上部设有呈活动连接的指尖，所述的指根的上部设有呈活动连接的指中，所述的大姆指指根控制舵机与拉线舵盘间、大姆指指头控制舵机与拉线舵盘间、食指控制舵机与拉线舵盘间、无名指控制舵机与拉线舵盘间、小指控制舵机与拉线舵盘间、中指控制舵机与拉线舵盘间分别通过拉线控制连接，所述的手掌中设有与拉线舵盘数量相等的回位弹簧，每根拉线中分别设有回位弹簧；
所述的手掌外套有仿真胶皮。
作为优选，所述的手臂中设有嵌入式的手臂连接体；所述的指尖通过拉线沿指中进行弯曲，所述的指中通过拉线沿指根进行弯曲，所述的指根沿手掌进行弯曲，所述的指尖与指中、指中与指根、指根与手掌分别呈圆弧连接。
作为优选，所述的手掌中设有与回位弹簧数量相等的回位弹簧槽，所述的回位弹簧设在回位弹簧槽中。
一种智能机器人手部系统的操作方法，按以下步骤进行：
将手指手掌手臂三部分的零件全部3d打印好之后，然后做抛光治理，准备好各种物料线材，开始组装，先将手部各零件按着手的位置图，摆放好；
第一步，将插销穿过插销孔，把回位弹簧固定在手掌的对应卡槽上；
第二步，每一节手指上有两个孔，靠近手掌内的孔为舵机拉线孔，靠近手掌背的孔为弹簧回位拉线孔，用拉线把各手指上三节分别按指头指中指根，从拉线孔中按顺序穿起来，在指头上打好线结，打成死结，防止线头松动，然后再插上关节插销，把各手指三节连在一起；
第三步，先将中指指根用关节插销，连接到手掌的对应部位上，拉线穿到对应的回位弹簧槽上，弹簧回位拉线与回位弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到回位弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后回位弹簧还有很小为回力为最佳状态，如果手指没有回到直立状态，缩短弹簧和指头线结之间的距离，在将拉线与弹簧绑好，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；再将无名指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的弹簧卡槽上，拉线与弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到回位弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后回位弹簧还有很小回力为最佳状态，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；再将食指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的弹簧卡槽上，拉线与回位弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到回位弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后回位弹簧还有很小回力为最佳状态，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；再将小指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的回位弹簧槽上，拉线与回位弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后弹簧还有很小回力为最佳状态，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；最后将大拇指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的弹簧卡槽上，拉线与弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后弹簧还有很小回力为最佳状态，注意，大拇指有两个方向的动作，所以有4根拉线，两根弹簧回位拉线两根舵机拉线，两根弹簧回位拉线对应与两个弹簧绑紧，另二根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；则这样手指与手掌部位连接完成。
第四部，将7个舵机装在手臂上，6个手指动作舵机为270度，使手指有更大的活动范围，先装手腕舵机，将手腕舵机放到手腕舵机卡槽位置，然后用螺丝，将手臂连接件与手臂连接在一起，同时固定住手腕舵机，使手腕舵机不能活动；再装手指动作舵机，先装放在手背右边位置的舵机，先装第一格大拇指动作舵机，则拉线动作舵机装配完成；再装拉线舵盘，用螺丝将拉线舵盘固定到舵机上；
第五步，连接手掌手臂，将手腕舵盘连接到手腕舵机上，舵机在中位时，舵盘方向保持与手臂方向平行，再将手腕舵机舵盘与手掌连接，将手腕舵机舵盘放置到手掌对应的卡槽里面，用螺丝固定住，保持手背手掌平行，再用螺丝把手掌连接件与手掌固定在一起，同时连接好手臂；在不通电时可以调整手腕舵机150度的活动范围，模仿人手腕的动作。再把舵机拉线与手指动作舵机舵盘对应连接起来；将各舵机线，汇总引出连接到舵机控制板上，至此整个手装配完成。
人手三大特点:柔软的皮肤，完美的灵活性，合适的力量.
对人手的模仿，都集中在灵活性上，模仿人手的生物特性，模仿手骨结构，做出机械手骨架，用拉线模仿肌肉动作，已经做出来非常灵活的机械手，但还没有出现拥有人的皮肤和力量的机械手.而我们仿人手设计侧重于模仿人的皮肤和力量，兼顾一定的灵活性为目标.
仿人手灵活性特点：有人手的灵活性，能实现人手的动作，与其他机械手相比，突出的特点是，有手腕的动作结构，这一点在其他体现灵活性的机械手上都没有，能比较完整的模仿体现人手的功能。
仿人手力量特点：选用20KG舵机，增加了手指的力量，能抓住一瓶500ML的水，手指手掌手臂比例与人手一致，正常成年人手大小，与人手更接近仿真度高。
仿人手人手结构比例皮肤特点：大拇指与手指平行，大拇指二个关节方向，拥有两个方向的灵活性，手的灵活性强，用弹簧拉力回位，可实现做剪刀石头布等动作体现灵活性；带皮肤。
设计中的矛盾与困境：
手要带皮的要求：手要轻，手掌要小，手指要细，手指要长.
要有人手得力量，手要有一定的强度，要有一定的灵活性。用高强度ABS,3D打印。而手指要轻才有一定的灵活性，套上皮以后手指会变重。采用的2MM硅胶膜做皮肤。
手指变细，手变轻。手指宽度变窄，回位弹片要变得更窄，回弹力会更小。手指要减小厚度，弹片活动空间会减小，回弹灵活性会减弱。手指变细长，所需回弹力要变大，所以增加弹簧拉线的方式，来保证手指回位。
拉线材料的选择：要求，柔软性好，拉力强，耐磨性好，延伸性很小。
绵线，柔软性好，拉力适中，耐磨性差，延伸性小。
鱼线，柔软性好，拉力强，耐磨性适中， 延伸性大。
球拍线，柔软性好，拉力强，耐磨性好，延伸性小。
变速线，柔软性差，拉力最强，耐磨性最好，没有延伸性。
最终选用球拍线作为拉线材料。
弹片的选择，目前用的卷尺上的弹尺，柔软性好，回弹力较小，占用空间较小。
弹簧钢片，柔软性不好，回弹力大，占用空间大。
目前用的20公斤的舵机，体积小，扭力大，重量轻的舵机。
因此，本发明的一种智能机器人手部系统及其操作方法，结构紧凑，装拆维修方便，仿真程度高，人机互动性高。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的内部结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：如图1和图2所示，一种智能机器人手部系统，包括手臂1和手掌2，所述的手臂1的外端通过手掌连接件3与手掌2相活动连接，所述的手臂1中设有控制舵机组件，所述的手掌连接件3与手臂1通过手臂舵机组件相活动，所述的手掌2中设有手指组件，所述的控制舵机组件控制手指组件进行活动；
所述的控制舵机组件包括大姆指指根控制舵机4、大姆指指头控制舵机5、食指控制舵机6、无名指控制舵机7、小指控制舵机8和中指控制舵机9，所述的大姆指指根控制舵机4、大姆指指头控制舵机5、食指控制舵机6、无名指控制舵机7、小指控制舵机8和中指控制舵机9分别固定在手臂1中，所述的大姆指指根控制舵机4、大姆指指头控制舵机5、食指控制舵机6、无名指控制舵机7、小指控制舵机8和中指控制舵机9中分别设有拉线舵盘10；
所述的手臂舵机组件包括设在手臂1中的手臂舵机11，所述的手掌连接件3中设有手臂舵盘12，所述的手臂舵机11驱动手臂舵盘12进行转动；
所述的手指组件包括小指13、无名指14、中指15、食指16和大姆指17，所述的小指13、无名指14、中指15、食指16和大姆指17分别由指尖18、指中19和指根20组成，所述的指中19的上部设有呈活动连接的指尖18，所述的指根20的上部设有呈活动连接的指中19，所述的大姆指指根控制舵机4与拉线舵盘10间、大姆指指头控制舵机5与拉线舵盘10间、食指控制舵机6与拉线舵盘10间、无名指控制舵机7与拉线舵盘10间、小指控制舵机8与拉线舵盘10间、中指控制舵机9与拉线舵盘10间分别通过拉线21控制连接，所述的手掌2中设有与拉线舵盘10数量相等的回位弹簧，每根拉线21中分别设有回位弹簧22；
所述的手掌2外套有仿真胶皮。
所述的手臂1中设有嵌入式的手臂连接体23；所述的指尖18通过拉线21沿指中19进行弯曲，所述的指中19通过拉线21沿指根20进行弯曲，所述的指根20沿手掌2进行弯曲，所述的指尖18与指中19、指中19与指根20、指根20与手掌2分别呈圆弧连接。
所述的手掌2中设有与回位弹簧22数量相等的回位弹簧槽24，所述的回位弹簧24设在回位弹簧槽24中。
一种智能机器人手部系统的操作方法，按以下步骤进行：
将手指手掌手臂三部分的零件全部3d打印好之后，然后做抛光治理，准备好各种物料线材，开始组装，先将手部各零件按着手的位置图，摆放好；
第一步，将插销穿过插销孔，把回位弹簧固定在手掌的对应卡槽上；
第二步，每一节手指上有两个孔，靠近手掌内的孔为舵机拉线孔，靠近手掌背的孔为弹簧回位拉线孔，用拉线把各手指上三节分别按指头指中指根，从拉线孔中按顺序穿起来，在指头上打好线结，打成死结，防止线头松动，然后再插上关节插销，把各手指三节连在一起；
第三步，先将中指指根用关节插销，连接到手掌的对应部位上，拉线穿到对应的回位弹簧槽上，弹簧回位拉线与回位弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到回位弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后回位弹簧还有很小为回力为最佳状态，如果手指没有回到直立状态，缩短弹簧和指头线结之间的距离，在将拉线与弹簧绑好，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；再将无名指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的弹簧卡槽上，拉线与弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到回位弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后回位弹簧还有很小回力为最佳状态，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；再将食指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的弹簧卡槽上，拉线与回位弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到回位弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后回位弹簧还有很小回力为最佳状态，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；再将小指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的回位弹簧槽上，拉线与回位弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后弹簧还有很小回力为最佳状态，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；最后将大拇指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的弹簧卡槽上，拉线与弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后弹簧还有很小回力为最佳状态，注意，大拇指有两个方向的动作，所以有4根拉线，两根弹簧回位拉线两根舵机拉线，两根弹簧回位拉线对应与两个弹簧绑紧，另二根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；则这样手指与手掌部位连接完成。
第四部，将7个舵机装在手臂上，6个手指动作舵机为270度，使手指有更大的活动范围，先装手腕舵机，将手腕舵机放到手腕舵机卡槽位置，然后用螺丝，将手臂连接件与手臂连接在一起，同时固定住手腕舵机，使手腕舵机不能活动；再装手指动作舵机，先装放在手背右边位置的舵机，先装第一格大拇指动作舵机，则拉线动作舵机装配完成；再装拉线舵盘，用螺丝将拉线舵盘固定到舵机上；
第五步，连接手掌手臂，将手腕舵盘连接到手腕舵机上，舵机在中位时，舵盘方向保持与手臂方向平行，再将手腕舵机舵盘与手掌连接，将手腕舵机舵盘放置到手掌对应的卡槽里面，用螺丝固定住，保持手背手掌平行，再用螺丝把手掌连接件与手掌固定在一起，同时连接好手臂；在不通电时可以调整手腕舵机150度的活动范围，模仿人手腕的动作。再把舵机拉线与手指动作舵机舵盘对应连接起来；将各舵机线，汇总引出连接到舵机控制板上，至此整个手装配完成。
Claims (1)
1.一种智能机器人手部系统的操作方法，手部系统包括手臂(1)和手掌(2)，所述的手臂(1)的外端通过手掌连接件(3)与手掌(2)相活动连接，所述的手臂(1)中设有控制舵机组件，所述的手掌连接件(3)与手臂(1)通过手臂舵机组件相活动，所述的手掌(2)中设有手指组件，所述的控制舵机组件控制手指组件进行活动；
所述的控制舵机组件包括大姆指指根控制舵机(4)、大姆指指头控制舵机(5)、食指控制舵机(6)、无名指控制舵机(7)、小指控制舵机(8)和中指控制舵机(9)，所述的大姆指指根控制舵机(4)、大姆指指头控制舵机(5)、食指控制舵机(6)、无名指控制舵机(7)、小指控制舵机(8)和中指控制舵机(9)分别固定在手臂(1)中，所述的大姆指指根控制舵机(4)、大姆指指头控制舵机(5)、食指控制舵机(6)、无名指控制舵机(7)、小指控制舵机(8)和中指控制舵机(9)中分别设有拉线舵盘(10)；
所述的手臂舵机组件包括设在手臂(1)中的手臂舵机(11)，所述的手掌连接件(3)中设有手臂舵盘(12)，所述的手臂舵机(11)驱动手臂舵盘(12)进行转动；
所述的手指组件包括小指(13)、无名指(14)、中指(15)、食指(16)和大姆指(17)，所述的小指(13)、无名指(14)、中指(15)、食指(16)和大姆指(17)分别由指尖(18)、指中(19)和指根(20)组成，所述的指中(19)的上部设有呈活动连接的指尖(18)，所述的指根(20)的上部设有呈活动连接的指中(19)，所述的大姆指指根控制舵机(4)与拉线舵盘(10)间、大姆指指头控制舵机(5)与拉线舵盘(10)间、食指控制舵机(6)与拉线舵盘(10)间、无名指控制舵机(7)与拉线舵盘(10)间、小指控制舵机(8) 与拉线舵盘(10)间、中指控制舵机(9)与拉线舵盘(10)间分别通过拉线(21)控制连接，所述的手掌(2)中设有与拉线舵盘(10)数量相等的回位弹簧，每根拉线(21)中分别设有回位弹簧(22)；
所述的手掌(2)外套有仿真胶皮；
所述的手臂(1)中设有嵌入式的手臂连接体(23)；所述的指尖(18)通过拉线(21)沿指中(19)进行弯曲，所述的指中(19)通过拉线(21)沿指根(20)进行弯曲，所述的指根(20)沿手掌(2)进行弯曲，所述的指尖(18)与指中(19)、指中(19)与指根(20)、指根(20)与手掌(2)分别呈圆弧连接；
所述的手掌(2)中设有与回位弹簧(22)数量相等的回位弹簧槽(24)，所述的回位弹簧(24)设在回位弹簧槽(24)中；其特征在于按以下步骤进行：
将手指手掌手臂三部分的零件全部3d打印好之后，然后做抛光治理，准备好各种物料线材，开始组装，先将手部各零件按着手的位置图，摆放好；
第一步，将插销穿过插销孔，把回位弹簧固定在手掌的对应卡槽上；
第二步，每一节手指上有两个孔，靠近手掌内的孔为舵机拉线孔，靠近手掌背的孔为弹簧回位拉线孔，用拉线把各手指上三节分别按指头指中指根，从拉线孔中按顺序穿起来，在指头上打好线结，打成死结，防止线头松动，然后再插上关节插销，把各手指三节连在一起；
第三步，先将中指指根用关节插销，连接到手掌的对应部位上，拉线穿到对应的回位弹簧槽上，弹簧回位拉线与回位弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到回位弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后回位弹簧还有很小为回力为最佳状态，如果手指没有回到直立状态，缩短弹簧和指头线结之间的距离，在将拉线与弹簧绑好，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；再将无名指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的弹簧卡槽上，拉线与弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到回位弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后回位弹簧还有很小回力为最佳状态，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；再将食指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的弹簧卡槽上，拉线与回位弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到回位弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后回位弹簧还有很小回力为最佳状态，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；再将小指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的回位弹簧槽上，拉线与回位弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后弹簧还有很小回力为最佳状态，另一根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；最后将大拇指用关节插销连接到手掌的对应部位上，弹簧回位拉线穿到对应的弹簧卡槽上，拉线与弹簧绑紧，绑紧后检查一下，看手指是否在直立状态下，用手拉指头向手掌内弯曲，此时应该感应到弹簧的弹力往回拉，松手后手指能自己复位为直立状态后弹簧还有很小回力为最佳状态，注意，大拇指有两个方向的动作，所以有4根拉线，两根弹簧回位拉线两根舵机拉线，两根弹簧回位拉线对应与两个弹簧绑紧，另二根舵机拉线放于走线槽里，穿到手掌与手臂连接口那儿；则这样手指与手掌部位连接完成。
第四部，将7个舵机装在手臂上，6个手指动作舵机为270度，使手指有更大的活动范围，先装手腕舵机，将手腕舵机放到手腕舵机卡槽位置，然后用螺丝，将手臂连接件与手臂连接在一起，同时固定住手腕舵机，使手腕舵机不能活动；再装手指动作舵机，先装放在手背右边位置的舵机，先装第一格大拇指动作舵机，则拉线动作舵机装配完成；再装拉线舵盘，用螺丝将拉线舵盘固定到舵机上；
第五步，连接手掌手臂，将手腕舵盘连接到手腕舵机上，舵机在中位时，舵盘方向保持与手臂方向平行，再将手腕舵机舵盘与手掌连接，将手腕舵机舵盘放置到手掌对应的卡槽里面，用螺丝固定住，保持手背手掌平行，再用螺丝把手掌连接件与手掌固定在一起，同时连接好手臂；在不通电时可以调整手腕舵机150度的活动范围，模仿人手腕的动作； 再把舵机拉线与手指动作舵机舵盘对应连接起来；将各舵机线，汇总引出连接到舵机控制板上，至此整个手装配完成。
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