CN107672777A - 无人机及其减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人机及其减振装置。上述的减振装置用于连接无人机的机身和惯性测量装置，减振装置包括波纹管本体、第一延伸部以及第二延伸部；第一延伸部设置于波纹管本体的端部，第一延伸部用于连接机身；第二延伸部设置于波纹管本体上远离第一延伸部的端部，第二延伸部用于连接惯性测量装置。由于三个方向的振动通过减振装置时能够同时实现有效地隔振，可以保证惯性测量装置的测量精度，解决了惯性测量装置的测量精度较差的问题；设计时，可通过改变波纹管本体的尺寸、形状和壁厚等参数，以调整机身的三个方向的平动振型对应的固有频率。
Description
技术领域
本发明涉及无人机的技术领域，特别是涉及一种无人机及其减振装置。
背景技术
无人机包含一些在工作工程中需要稳定的环境的特定设备，例如惯性测量装置。受外界的空气阻力以及自身动力装置的影响，无人机在飞行过程中会产生振动激励并传递至特定设备上，使特定设备上产生较大的振动。
惯性测量装置是无人机最核心的传感器之一，用于测量无人机的机身的角速度和加速度，进而解算出无人机的自身姿态，保证了无人机在外界环境中安全导航。对于惯性测量装置而言，测量精度是最关键的指标之一。机身的振动引起的噪音是影响惯性测量装置的测量精度的重要因素。
传统的无人机采用减震球悬挂安装固定惯性测量装置的方式对固定惯性测量装置进行隔振。然而，这种减震球悬挂安装的减振装置在三个方向的平动振型对应的固有频率相差较大。所谓的三个方向为一个竖直方向和两个水平方向。上述的减振装置的竖直方向的平动振型对应的固有频率远大于两个水平方向的平动振型对应的固有频率，使三个方向的振动通过减振装置时不能同时实现有效地隔振，从而使惯性测量装置的测量精度较差。
发明内容
基于此，有必要针对三个方向的振动通过减振装置时不能同时实现有效地隔振且惯性测量装置的测量精度较差的问题，提供一种无人机及其减振装置。
一种减振装置，用于连接无人机的机身和惯性测量装置，所述减振装置包括：
波纹管本体，所述波纹管本体用于吸收振动并发生变形；
第一延伸部，所述第一延伸部设置于所述波纹管本体的端部，所述第一延伸部用于连接所述机身；以及
第二延伸部，所述第二延伸部设置于所述波纹管本体上远离所述第一延伸部的端部，所述第二延伸部用于连接所述惯性测量装置。
在其中一个实施例中，所述波纹管本体、所述第一延伸部和所述第二延伸部一体成型，使减振装置的结构较紧凑。
在其中一个实施例中，所述减振装置的材料为橡胶或泡沫或软胶或金属，使减振装置的结构具有一定的柔性，可以更好地吸振。
在其中一个实施例中，减振装置还包括阻尼件，所述阻尼件分别填充于所述波纹管本体、所述第一延伸部和所述第二延伸部的腔体内。
在其中一个实施例中，所述波纹管本体的波纹形状呈锯齿形或波浪形或凸台形。
在其中一个实施例中，所述波纹管本体的横截面呈矩形状或椭圆形状；或，所述波纹管本体的纵截面呈双曲线状或矩形状。
一种无人机，包括机身、惯性测量装置和上述任一实施例所述的减振装置，所述第一延伸部连接所述机身，所述第二延伸部连接所述惯性测量装置。
在其中一个实施例中，无人机还包括配重板，所述第二延伸部通过所述配重板与所述惯性装置连接。
在其中一个实施例中，所述机身包括相连接的机体和电路板，所述第一延伸部连接于所述电路板上，机体上产生的振动通过电路板传递至第一延伸部上，再由第一延伸部传递至波纹管本体上进行吸收，使振动通过波纹管本体传递至第二延伸部上较小，可以保证惯性测量装置的测量精度。
在其中一个实施例中，所述第一延伸部与所述机身之间的连接为一个或两个或多个第一特定点的连接，使第一延伸部与机身之间通过一个或两个或多个第一特定点进行固定约束；所述第二延伸部与所述惯性测量装置之间的连接为一个或两个或多个第二特定点的连接，使第二延伸部与惯性测量装置之间通过一个或两个或多个第二特定点进行固定约束；
或，所述第一延伸部的周缘连接于所述机身上，使第一延伸部与机身之间牢固连接；所述第二延伸部的周缘连接于所述惯性测量装置上，使第二延伸部与惯性测量装置之间牢固连接。
上述的无人机及其减振装置，第一延伸部设置于波纹管本体的端部，且第一延伸部连接机身，第二延伸部设置于波纹管本体上远离第一延伸部的端部，第二延伸部连接惯性测量装置，使机身和惯性测量装置之间通过减振装置连接于一起；由于波纹管本体用于吸收振动并发生变形，当无人机的机身的振动传导至减振装置上时，波纹管本体吸收振动并发生收缩或伸长或折弯，使振动通过减振装置传导至惯性测量装置的频率较小；上述的减振装置大幅度地增加了减振装置在水平方向的尺寸，使得减振装置的水平方向的尺寸大于竖直方向的尺寸，使得减振装置的三个方向平动振型对应的固有频率基本一致，解决了减振装置的三个方向平动振型对应的固有频率相差较大的问题；由于三个方向的振动通过减振装置时能够同时实现有效地隔振，可以保证惯性测量装置的测量精度，解决了惯性测量装置的测量精度较差的问题；设计时，可通过改变波纹管本体的尺寸、形状和壁厚等参数，以调整机身的三个方向的平动振型对应的固有频率。
附图说明
图1为包括一实施例的减振装置的无人机的局部示意图；
图2为一实施例的减振装置的示意图；
图3为图1所示减振装置的局部放大图；
图4为图1所示无人机的减振装置的有限元分析的其中一个水平方向平动振型的分析数据示意图；
图5为图1所示无人机的减振装置的有限元分析的另外一个水平方向平动振型的分析数据示意图；
图6为图1所示无人机的减振装置的有限元分析的竖直方向平动振型的分析数据示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对无人机及其减振装置进行更全面的描述。附图中给出了无人机及其减振装置的首选实施例。但是，无人机及其减振装置可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对无人机及其减振装置的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在无人机及其减振装置的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
例如，一种减振装置用于连接无人机的机身和惯性测量装置；例如，所述减振装置包括：波纹管本体、第一延伸部以及第二延伸部；例如，所述波纹管本体用于吸收振动并发生变形；例如，所述第一延伸部设置于所述波纹管本体的端部；例如，所述第一延伸部用于连接所述机身；例如，所述第二延伸部设置于所述波纹管本体上远离所述第一延伸部的端部；例如，所述第二延伸部用于连接所述惯性测量装置。例如，一种减振装置用于连接无人机的机身和惯性测量装置，所述减振装置包括：波纹管本体、第一延伸部以及第二延伸部；所述波纹管本体用于吸收振动并发生变形，所述第一延伸部设置于所述波纹管本体的端部，所述第一延伸部用于连接所述机身；所述第二延伸部设置于所述波纹管本体上远离所述第一延伸部的端部，所述第二延伸部用于连接所述惯性测量装置。
如图1与图2所示，一实施例的减振装置100用于连接无人机的机身200和惯性测量装置300。所述减振装置100包括波纹管本体110、第一延伸部120以及第二延伸部130。波纹管本体110用于吸收振动并发生变形。所述第一延伸部120设置于所述波纹管本体110的端部，所述第一延伸部120用于连接所述机身200，即第一延伸部120上背离波纹管本体110的端部连接于机身200上。所述第二延伸部130设置于所述波纹管本体110上远离所述第一延伸部120的端部，所述第二延伸部130用于连接所述惯性测量装置300，即第二延伸部130上背离波纹管本体110的端部连接于惯性测量装置300上。由于第一延伸部120设置于波纹管本体110的端部，且第一延伸部120连接机身200，第二延伸部130设置于波纹管本体110上远离第一延伸部120的端部，第二延伸部130连接惯性测量装置300，使机身200和惯性测量装置300之间通过减振装置100连接于一起。
由于波纹管本体用于吸收振动并发生变形，当无人机的机身200的振动传导至减振装置100上时，波纹管本体110吸收振动并发生收缩或伸长或折弯，使振动通过减振装置100传导至惯性测量装置300的频率较小。上述的减振装置100大幅度地增加了减振装置100在水平方向的尺寸，使得减振装置100的水平方向的尺寸大于竖直方向的尺寸，使得减振装置100的三个方向平动振型对应的固有频率基本一致，解决了减振装置100的三个方向平动振型对应的固有频率相差较大的问题。由于三个方向的振动通过减振装置100时能够同时实现有效地隔振，可以保证惯性测量装置300的测量精度，解决了惯性测量装置300的测量精度较差的问题；设计时，可通过改变波纹管本体110的尺寸、形状和壁厚等参数，以调整机身200的三个方向的平动振型对应的固有频率。
例如，第一延伸部120的横截面呈T字型，使第一延伸部120上背离波纹管本体110的端部与机身200接触面积较大，从而使第一延伸部120与机身200的连接更牢固。又如，第二延伸部130的横截面呈T字型，使第二延伸部130上背离波纹管本体110的端部与惯性测量装置300的接触面积较大，从而使第二延伸部130与惯性测量装置300的连接更牢固。
在其中一个实施例中，所述波纹管本体110、所述第一延伸部120和所述第二延伸部130一体成型，使减振装置100的结构较紧凑。例如，所述波纹管本体110、所述第一延伸部120和所述第二延伸部130通过注塑成型，使减振装置100容易制造且成本较低。可以理解，在其他实施例中，所述波纹管本体110、所述第一延伸部120和所述第二延伸部130也可以各自成型，并通过胶接连接于一起。
在其中一个实施例中，所述减振装置100的材料为橡胶或泡沫或软胶或金属，使减振装置100的结构具有一定的柔性，可以更好地吸振。在本实施例中，所述减振装置100的材料为橡胶。在其他实施例中，所述减振装置100的材料还可以为泡沫或橡胶其他柔性材料。例如，当减振装置100的材料为金属时，减振装置100可以为弹簧结构。
例如，所述减振装置100包括波纹管本体110、第一延伸部120以及第二延伸部130。所述波纹管本体110、所述第一延伸部120和所述第二延伸部130一体成型，使减振装置100的结构较紧凑。所述减振装置100的材料为橡胶。所述第一延伸部120连接于所述波纹管本体110的端部，所述第一延伸部120用于连接所述机身200，即第一延伸部120上背离波纹管本体110的端部连接于机身200上。所述第二延伸部130连接于所述波纹管本体110上远离所述第一延伸部120的端部，所述第二延伸部130用于连接所述惯性测量装置300，即第二延伸部130上背离波纹管本体110的端部连接于惯性测量装置300上。由于第一延伸部120连接于波纹管本体110的端部，且第一延伸部120连接机身200，第二延伸部130连接于波纹管本体110上远离第一延伸部120的端部，第二延伸部130连接惯性测量装置300，使机身200和惯性测量装置300之间通过减振装置100连接于一起。
在其中一个实施例中，所述波纹管本体110的波纹形状呈锯齿形或波浪形或凸台形。在本实施例中，所述波纹管本体110的波纹形状呈锯齿形。例如，所述波纹管本体110的波纹形状呈三角形状或梯形状。例如，所述减振装置100包括波纹管本体110、第一延伸部120以及第二延伸部130。所述波纹管本体110、所述第一延伸部120和所述第二延伸部130一体成型，使减振装置100的结构较紧凑。所述减振装置100的材料为橡胶。所述波纹管本体110的波纹形状呈锯齿形。所述第一延伸部120连接于所述波纹管本体110的端部，所述第一延伸部120用于连接所述机身200，即第一延伸部120上背离波纹管本体110的端部连接于机身200上。所述第二延伸部130连接于所述波纹管本体110上远离所述第一延伸部120的端部，所述第二延伸部130用于连接所述惯性测量装置300，即第二延伸部130上背离波纹管本体110的端部连接于惯性测量装置300上。由于第一延伸部120连接于波纹管本体110的端部，且第一延伸部120连接机身200，第二延伸部130连接于波纹管本体110上远离第一延伸部120的端部，第二延伸部130连接惯性测量装置300，使机身200和惯性测量装置300之间通过减振装置100连接于一起。
在其中一个实施例中，所述波纹管本体110的横截面呈矩形状或椭圆形状或圆形状。在本实施例中，所述波纹管本体110的横截面呈圆形状。又如，所述波纹管本体的纵截面呈双曲线状或矩形状。例如，所述减振装置100包括波纹管本体110、第一延伸部120以及第二延伸部130。所述波纹管本体110、所述第一延伸部120和所述第二延伸部130一体成型，使减振装置100的结构较紧凑。所述减振装置100的材料为橡胶。所述波纹管本体110的波纹形状呈锯齿形，且所述波纹管本体110的横截面呈圆形状。所述第一延伸部120设置于所述波纹管本体110的端部，所述第一延伸部120用于连接所述机身200，即第一延伸部120上背离波纹管本体110的端部连接于机身200上。所述第二延伸部130设置于所述波纹管本体110上远离所述第一延伸部120的端部，所述第二延伸部130用于连接所述惯性测量装置300，即第二延伸部130上背离波纹管本体110的端部连接于惯性测量装置300上。由于第一延伸部120连接于波纹管本体110的端部，且第一延伸部120连接机身200，第二延伸部130设置于波纹管本体110上远离第一延伸部120的端部，第二延伸部130连接惯性测量装置300，使机身200和惯性测量装置300之间通过减振装置100连接于一起。
例如，减振装置100还包括阻尼件，所述阻尼件分别填充于所述波纹管本体110、所述第一延伸部120和所述第二延伸部130的腔体内，使减振装置100具有更好的减振效果。又如，所述阻尼件胶接于所述腔体的内壁上。例如，阻尼件为弹性胶或弹簧。又如，所述阻尼件的材料为橡胶或泡沫等。例如，所述减振装置100包括波纹管本体110、第一延伸部120、第二延伸部130以及阻尼件。所述波纹管本体110、所述第一延伸部120和所述第二延伸部130一体成型，使减振装置100的结构较紧凑。所述阻尼件分别填充于所述波纹管本体110、所述第一延伸部120和所述第二延伸部130的腔体内。所述减振装置100的材料为橡胶。所述波纹管本体110的波纹形状呈锯齿形，且所述波纹管本体110的横截面呈圆形状。所述第一延伸部120设置于所述波纹管本体110的端部，所述第一延伸部120用于连接所述机身200，即第一延伸部120上背离波纹管本体110的端部连接于机身200上。所述第二延伸部130设置于所述波纹管本体110上远离所述第一延伸部120的端部，所述第二延伸部130用于连接所述惯性测量装置300，即第二延伸部130上背离波纹管本体110的端部连接于惯性测量装置300上。由于第一延伸部120连接于波纹管本体110的端部，且第一延伸部120连接机身200，第二延伸部130连接于波纹管本体110上远离第一延伸部120的端部，第二延伸部130连接惯性测量装置300，使机身200和惯性测量装置300之间通过减振装置100连接于一起。当无人机的机身200的振动传导至减振装置100上时，波纹管本体110吸收振动并发生收缩或伸长或折弯，使振动通过减振装置100传导至惯性测量装置300的频率较小，又由于阻尼件分别填充于波纹管本体110、第一延伸部120和第二延伸部130的腔体内，阻尼件具有吸收振动的效果，使减振装置100具有更好的减振效果。
如图1所示，本发明还提供一种包括机身200、惯性测量装置300和上述任一实施例所述的减振装置100的无人机10，所述第一延伸部120连接所述机身200，所述第二延伸部130连接所述惯性测量装置300。例如，无人机10包括机身200、惯性测量装置300和减振装置100。所述减振装置100包括波纹管本体110、第一延伸部120以及第二延伸部130。所述第一延伸部120设置于所述波纹管本体110的端部，所述第一延伸部120连接所述机身200，即第一延伸部120上背离波纹管本体110的端部连接于机身200上。所述第二延伸部130设置于所述波纹管本体110上远离所述第一延伸部120的端部，所述第二延伸部130连接所述惯性测量装置300，即第二延伸部130上背离波纹管本体110的端部连接于惯性测量装置300上。由于第一延伸部120连接于波纹管本体110的端部，且第一延伸部120连接机身200，第二延伸部130连接于波纹管本体110上远离第一延伸部120的端部，第二延伸部130连接惯性测量装置300，使机身200和惯性测量装置300之间通过减振装置100连接于一起。
在其中一个实施例中，所述第一延伸部120焊接或胶接于所述机身200上，使第一延伸部120连接于机身200上。所述第二延伸部130焊接或胶接于所述惯性测量装置300上，使第二延伸部130连接于惯性测量装置300。在本实施例中，第一延伸部120胶接于机身200上，第二延伸部130胶接于惯性测量装置300上。又如，所述减振装置100的材料为橡胶，第一延伸部120、第二延伸部130和波纹管本体110一体成型，使减振装置100容易制造，成本较低。第一延伸部120胶接于机身200上，第二延伸部130胶接于惯性测量装置300上；由于减振装置100的材料为橡胶，使第一延伸部120较好地胶接于机身200上，第二延伸部130较好地胶接于惯性测量装置300上。
在其中一个实施例中，所述机身200包括相连接的机体(图未示)和电路板210，所述第一延伸部120连接于所述电路板210上，机体上产生的振动通过电路板210传递至第一延伸部120上，再由第一延伸部120传递至波纹管本体110上进行吸收，使振动通过波纹管本体110传递至第二延伸部130上较小，可以保证惯性测量装置300的测量精度。例如，机体与电路板210通过螺钉固定于一起，使机体与电路板210牢固连接。又如，电路板210焊接或胶接于机体上，使机体与电路板210牢固连接。如图3所示，例如，无人机还包括配重板320，第二延伸部130通过配重板320与惯性装置300连接，具体为第二延伸部130连接于配重板320上，惯性测量装置300设于配重板320上背离第二延伸部130的一侧，使惯性测量装置与第二延伸部连接。又如，配重板320平行于电路板210，减振装置100位于配重板320与电路板210之间，且减振装置100分别与配重板320和电路板210连接，使电路板210上的振动需通过减振装置100才能传递至配重板320上，由于减振装置100能够吸收振动，使电路板210上的振动不易传递至配重板320上。
在其中一个实施例中，所述第一延伸部120与所述机身200之间的连接为一个或两个或多个第一特定点的连接，使第一延伸部120与机身200之间通过一个或两个或多个第一特定点进行固定约束。所述第二延伸部130与所述惯性测量装置300之间的连接为一个或两个或多个第二特定点的连接，使第二延伸部130与惯性测量装置300之间通过一个或两个或多个第二特定点进行固定约束。例如，所述第一延伸部120与所述机身200之间的连接为四个第一特定点的连接，所述第二延伸部130与所述惯性测量装置300之间的连接为四个第二特定点的连接。又如，四个第一特定点沿第一延伸部120的端部的周向间隔分布，使第一延伸部120与机身200之间的连接位置较为均匀。四个第二特定点沿第二延伸部130的端部的周向间隔分布，使第二延伸部130与机身200之间的连接位置较为均匀。
在其中一个实施例中，所述第一延伸部120的周缘连接于所述机身200上，使第一延伸部120与机身200之间牢固连接。所述第二延伸部130的周缘连接于所述惯性测量装置300上，使第二延伸部130与惯性测量装置300之间牢固连接。例如，第一延伸部120的周缘胶接于机身200上，使第一延伸部120的端部与机身200之间牢固连接。第二延伸部130的周缘胶接于惯性测量装置300上。所述周缘为圆周的边缘，即第一延伸部的圆周的边缘。
上述的无人机10及其减振装置100，第一延伸部120设置于波纹管本体110的端部，且第一延伸部120连接机身200，第二延伸部130设置于波纹管本体110上远离第一延伸部120的端部，第二延伸部130连接惯性测量装置300，使机身200和惯性测量装置300之间通过减振装置100连接于一起；由于波纹管本体用于吸收振动并发生变形，当无人机10的机身200的振动传导至减振装置100上时，波纹管本体110吸收振动并发生收缩或伸长或折弯，使振动通过减振装置100传导至惯性测量装置300的频率较小；上述的减振装置100大幅度的增加了减振装置100在水平方向的尺寸，使得减振装置100的水平方向的尺寸大于竖直方向的尺寸，使得减振装置100的三个方向平动振型对应的固有频率基本一致，解决了减振装置100的三个方向平动振型对应的固有频率相差较大的问题；由于三个方向的振动通过减振装置100时能够同时实现有效地隔振，可以保证惯性测量装置300的测量精度，解决了惯性测量装置300的测量精度较差的问题；设计时，可通过改变波纹管本体110的尺寸、形状和壁厚等参数，以调整机身200的三个方向的平动振型对应的固有频率。
为了验证减振装置三个方向平动振型对应的固有频率基本一致，建立减振装置的有限元模型对减振装置进行有限元分析。经过有限元分析可知，如图4和图5所示，减振装置在两个水平方向平动振型的固有频率均为48.552Hz；如图6所示，在竖直方向平动振型的固有频率为50.053Hz，即上述的减振装置可以实现三个方向平动振型对应的固有频率的一致性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种减振装置，用于连接无人机的机身和惯性测量装置，其特征在于，所述减振装置包括：
波纹管本体，所述波纹管本体用于吸收振动并发生变形；
第一延伸部，所述第一延伸部设置于所述波纹管本体的端部，所述第一延伸部用于连接所述机身；以及
第二延伸部，所述第二延伸部设置于所述波纹管本体上远离所述第一延伸部的端部，所述第二延伸部用于连接所述惯性测量装置。
2.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，所述波纹管本体、所述第一延伸部和所述第二延伸部一体成型。
3.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，所述减振装置的材料为橡胶或泡沫或软胶或金属。
4.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，还包括阻尼件，所述阻尼件分别填充于所述波纹管本体、所述第一延伸部和所述第二延伸部的腔体内。
5.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，所述波纹管本体的波纹形状呈锯齿形或波浪形或凸台形。
6.根据权利要求1所述的减振装置，其特征在于，所述波纹管本体的横截面呈矩形状或椭圆形状；
或，所述波纹管本体的纵截面呈双曲线状或矩形状。
7.一种无人机，其特征在于，包括机身、惯性测量装置和权利要求1至6中任一项所述的减振装置，所述第一延伸部连接所述机身，所述第二延伸部连接所述惯性测量装置。
8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，还包括配重板，所述第二延伸部通过所述配重板与所述惯性装置连接。
9.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述机身包括相连接的机体和电路板，所述第一延伸部连接于所述电路板上。
10.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述第一延伸部与所述机身之间的连接为一个或两个或多个第一特定点的连接，所述第二延伸部与所述惯性测量装置之间的连接为一个或两个或多个第二特定点的连接；
或，所述第一延伸部的周缘连接于所述机身上，所述第二延伸部的周缘连接于所述惯性测量装置上。
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