CN107921646B - 远程操作机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种远程操作机器人系统，具备：机器人主体，具有机器人臂；远程操作装置，具有机器人臂动作指令输入部与检知包含操作者的一个以上的规定动作条件参数变更指令动作的非接触动作的非接触动作检知部；以及控制装置，控制装置具有：存储部，用于存储定义与一个以上的动作条件参数变更指令动作的各个对应的机器人主体的动作条件的动作条件参数的变更态样的变更指令内容数据；变更指令内容特定部，根据变更指令内容数据特别指定与非接触动作检知部所检知的一个动作条件参数变更指令动作对应的动作条件参数的变更态样；以及动作控制部，根据变更指令内容特定部所特别指定的动作条件参数的变更态样变更机器人主体的动作条件以控制机器人主体的动作。

Description

远程操作机器人系统

技术领域

本发明涉及远程操作机器人系统。

背景技术

以往，已知包含使机器人进行所需作业的远程操作控制装置的系统（例如参照专利文献１）。

此系统的远程操作控制装置在一边将设置于作业环境中的机器人以操作控制系统远程操作控制，一边使机器人进行必要作业的远程操作控制装置中，具备生成用以使机器人自动运转的动作指令的动作指令生成单元、用以手动操作机器人的操作单元，借由切换至手动操作的切换指令使机器人从自动运转切换为手动操作。借此，在自动化困难的作业中，可切换为手动操作来实施作业。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-311661。

发明内容

发明要解决的问题

在除了机器人的动作指令的输入外，还想要进行机器人主体的动作条件的动作条件参数的变更指令的输入的情况，除了将机器人的动作指令输入的输入部外，还需要用来将动作条件参数的变更指令输入的单元，有操作单元的构成变复杂的问题。此外，若操作单元的构成变复杂，亦有操作者为了熟习操作单元的操作方法所需的教育期间长期化的问题。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明的形态的远程操作机器人系统，具备：机器人主体，具有机器人臂；远程操作装置，具有输入对前述机器人臂的动作指令的机器人臂动作指令输入部、与检知包含操作者的一个以上的规定动作条件参数变更指令动作的非接触动作的非接触动作检知部；以及控制装置，与前述远程操作装置可通信地连接且控制前述机器人主体的动作，前述控制装置，具有：存储部，用于存储变更指令内容数据，该变更指令内容数据定义与前述一个以上的动作条件参数变更指令动作的各个对应的前述机器人主体的动作条件的动作条件参数的变更形态；变更指令内容特定部，根据前述变更指令内容数据特别指定与前述非接触动作检知部所检知的一个前述动作条件参数变更指令动作对应的前述动作条件参数的变更形态；以及动作控制部，根据前述变更指令内容特定部所特别指定的前述动作条件参数的变更形态变更前述机器人主体的动作条件以控制前述机器人主体的动作。

借此构成，可将符合动作条件参数变更指令的印象的动作作为动作条件参数变更指令动作，可将操作者为了熟习远程操作机器人系统的操作方法所需的教育期间缩短。

此外，可以非接触方式输入动作条件参数变更指令，因此在动作条件参数变更指令的输入操作时，无须操作者目视确认非接触动作检知部，可迅速进行动作条件参数变更指令的输入。

另外，作为各动作条件参数变更指令动作可将彼此明确区别的动作作为各动作条件参数变更指令动作来选择、设定，故可防止误输入及操作者的误认。

前述一个以上的动作条件参数变更指令动作包含从第一形态变化为第二形态的第一动作与从前述第二形态变化为前述第一形态的第二动作，前述变更指令内容数据包含使与前述第一动作对应的规定前述动作条件参数的值增加的前述动作条件参数的变更形态的定义、以及使与前述第二动作对应的前述规定动作条件参数的值减少的前述动作条件参数的变更形态的定义亦可。

借此构成，可将动作条件参数的值的增减指令适当地输入远程操作机器人系统。

前述动作条件参数变更指令动作亦可是操作者的手势。

借此构成，操作者可借由手势将动作条件参数变更指令输入。

前述手势亦可以操作者的一方的手输入。

借此构成，可在与以一方的手做出手势将对机器人主体的动作指令对远程操作机器人系统输入同时，以另一方的手将其它指令对远程操作机器人系统输入。

前述动作条件参数变更指令动作亦可是操作者的声音。

借此构成，可借由操作者的声音将动作条件参数变更指令对远程操作机器人系统输入。

发明效果

本发明可发挥缩短操作者为了熟习远程操作机器人系统的操作方法所需的教育期间的效果。

附图说明

图1是概略示出本发明的实施形态1的远程操作机器人系统的构成例的图；

图2是示出图1的远程操作机器人系统的非接触动作检知部的构成例的立体图；

图3是概略示出图1的远程操作机器人系统的控制系统的构成例的框图；

图4是示出图1的远程操作机器人系统的存储部存储的变更指令内容数据的构成例的图；

图5是示出本发明的实施形态2的变更指令内容数据的构成例的图；

图6是概略示出本发明的实施形态3的远程操作机器人系统的构成例的图；

图7是示出图6的远程操作机器人系统的存储部存储的变更指令内容数据的构成例的图。

具体实施方式

以下，针对本发明的实施形态，参照附图进行说明。另外，本发明并非由本实施形态限定。此外，以下，就所有附图，对相同或相当的要素赋予相同的参照符号并省略其重复说明。

（实施形态1）

图1是概略示出本发明的实施形态1的远程操作机器人系统100的构成例的图。

远程操作机器人系统100，如图1所示，具备机器人主体1、远程操作装置2、控制装置3。

本实施形态的远程操作机器人系统100是包含以从属臂追随主臂的动作的形式动作的主从式机器人的系统。在远程操作机器人系统100中，借由在从机器人主体1的从属臂10（机器人臂，详细后述）的作业区域离开的位置（作业区域外）的操作者，驱动远程操作装置2的主臂70（机器人臂动作指令输入部，详细后述）将动作指令输入远程操作机器人系统100，由控制装置3的控制使从属臂10进行对应于该动作指令的动作，而进行零件的组装作业等作业。此外，远程操作机器人系统100的从属臂10，亦可在没有操作者进行主臂70的操作的情形下，借由控制装置3的控制使从属臂10自动进行规定动作。

[机器人主体的构成例]

机器人主体1包含从属臂10、末端执行器16、行进单元17、摄影机51，设置于作业区域内。

从属臂10，例如是多关节型工业用机器人的臂，但并不限于此。从属臂10包含臂主体13和基部15。

臂主体13具备在从基端部朝向梢端部的方向依序连结的多个连杆、及对相邻连杆的一方将另一方可转动地连结的一个以上的关节。此外，在臂主体13的梢端部连结有末端执行器16。臂主体13借由使关节转动，使梢端部相对基端部移动，借此末端执行器16在规定动作区域内移动。臂主体13包含驱动多个关节轴的未图示的机器人臂驱动部。此外，基部15支持臂主体13及末端执行器16。

末端执行器16，在本实施形态中，可进行保持工件的保持动作及放开所保持的工件的放开动作，通过腕关节安装于臂主体13的梢端部。末端执行器16包含用来进行保持动作及解放动作的未图示的末端执行器驱动部。另外，在本实施形态中，末端执行器16可借由进行保持动作及解放动作而能实施例如零件的组装作业，但不限于此。亦可取代上述作业，例如进行焊接作业、涂装作业。

行进单元17设于基部15，使机器人主体1全体行进移动。行进单元17具有例如车轮、及旋转驱动此车轮旋转驱动的未图示的车轮驱动部，借由车轮驱动部旋转驱动车轮，以使机器人主体1移动。如上所述，本实施形态中，机器人主体1虽是可自走的自走机器人，但不限于此。

摄影机51，是拍摄从属臂10及末端执行器16的动作状况的摄影机。在本实施形态中，摄影机51是安装于末端执行器16，但不限于此。亦可取代上述而安装于从属臂10的梢端部或基部15。甚至，亦可固定于作业区域的规定位置。

[远程操作装置的构成例]

远程操作装置2设置于作业区域外，与控制装置3可通信地连接，控制机器人主体1的动作。

远程操作装置2包含主臂70、非接触动作检知部71、模式选择部75、监视器52。

主臂70是从操作者输入对从属臂10的动作指令的装置。本实施形态中，主臂70是可输入从属臂10的目标姿势，可输入对从属臂10的动作形态的装置。

图2是示出非接触动作检知部71的构成例的立体图。

非接触动作检知部71，以非接触方式检知规定检知区域中包含操作者的一个以上的规定动作条件参数变更指令动作的非接触动作。所谓非接触动作是指操作者的身体动作、手动作及发声的行动，不包含接触输入机器操作输入机器的行动。所谓非接触动作，是例如操作者做出手势、操作者发声、操作者吐气、操作者变化姿势、操作者点头或摇头、操作者歪头、操作者眨眼、或操作者注视规定场所、操作者表情变化、操作者踏步、及操作者咀嚼等。

本实施形态中，所谓规定动作条件参数变更指令动作是指操作者做出手势，非接触动作检知部71是检知设定于非接触动作检知部71上方的区域中的操作者的手势的检知器。非接触动作检知部71，如图2所示，具有将红外线往上方照射的红外线照射器71a、接收对象物反射的从红外线照射器71a照射的红外线的立体摄影机71b。并根据以立体摄影机71b拍摄的影像算出各指的姿势（手的形状）、及手的动作。此外，非接触动作检知部71设置于主臂70附近，可一边同时进行对主臂70的动作指令的输入与对非接触动作检知部71的动作条件参数变更指令的输入、一边操作机器人主体1。作为非接触动作检知部71，可使用例如Leap Motion公司（Leap Motion Inc.）的LEAP（商标）等。

模式选择部75是操作者输入使从属臂10动作的运转模式的选择指令的输入部，可输入后述的自动模式、修正自动模式及手动模式中的一运转模式的选择指令。

监视器52，是操作者用以确认以从属臂10进行的作业状况的监视器。监视器52设置于设有主臂70的空间。此外，本实施形态中，监视器52虽是装设于操作者头部的头戴式显示器，但不限于此。

[控制装置的构成例]

图3是概略示出远程操作机器人系统100的控制系统的构成例的框图。

控制装置3与远程操作装置2可通信地连接且控制机器人主体1的动作。

如图3所示，控制装置3包含控制部31与存储部32。控制装置3可以进行集中控制的单一控制器构成，亦可以进行分散控制的多个控制器构成。

控制部31，以例如微控制器、CPU、MPU、逻辑电路、PLC等构成。

控制部31包含动作控制部33及变更指令内容特定部34。动作控制部33及变更指令内容特定部34是借由运算器执行存储于存储部32的规定控制程序来实现的功能块。

动作控制部33控制机器人主体1的动作，该机器人主体1的动作包含从属臂10的动作、末端执行器16的动作、及行进单元17的动作。末端执行器16的动作及行进单元17的动作的控制，例如借由控制对各驱动部供给的电流来进行。

动作控制部33依手动模式、自动模式、及修正自动模式中于模式选择部75选择的一模式控制从属臂10。

所谓手动模式，是指控制装置3依通过主臂70对远程操作机器人系统100输入的动作指令使机器人主体1动作的运转模式。亦即，在手动模式中，动作控制部33根据对主臂70输入的动作指令控制从属臂10的动作。在此手动模式中，亦包含在控制装置3根据操作者借由操作主臂70而输入的动作指令使机器人主体1动作时，控制装置3对操作者输入的动作指令的一部分施加修正后使机器人主体1动作的形态。

所谓自动模式，是指控制装置3依存储于存储部32的预先设定的动作形态使机器人主体1动作的运转模式。另外，在选择自动模式的状态，即使操作者借由操作主臂70而输入动作指令，控制装置3也不将输入的动作指令对机器人主体1的动作形态反映。

所谓修正自动模式，是指在控制装置3依存储于存储部32的预先设定的动作形态使机器人主体1动作的状态，操作者借由操作主臂70而输入动作指令时，控制装置3对预先设定的动作形态的一部分施加修正后使机器人主体1动作的运转模式。

在本实施形态中，修正自动模式中的从属臂10的动作的控制是借由以将存储于存储部32的预先设定的动作形态的复数关节轴的目标角度位置根据从各主臂70接收的对应的关节轴的角度位置来修正，动作控制部33以从属臂10的多个关节轴的角度位置成为分别修正的目标角度位置的形式控制臂主体13的机器人臂驱动部来进行。借此，从属臂10根据主臂70的动作而修正后动作。

变更指令内容特定部34，根据存储于存储部32的变更指令内容数据特别指定对应于非接触动作检知部71检知的操作者的一手势，亦即动作条件参数变更指令动作的机器人主体1的动作条件参数变更形态。

此外，控制部31在对以摄影机51拍摄的影像信息处理后，输出至监视器52。借此，操作者可一边看显示于监视器52的从属臂10的作业状况、一边操作主臂70。另外，摄影机51与监视器52亦可不通过控制装置3彼此直接连接。

图4是示出存储部32存储的变更指令内容数据的构成例的图。

存储部32具有ROM、RAM等存储器。存储部32存储规定程序，借由控制部31读出这些控制程序后执行，以控制机器人主体1的动作。此外，存储部32，如图4所示，存储有变更指令内容数据，该变更指令内容数据定义对应于一以上动作条件参数变更指令动作（手势）的各个的机器人主体1的动作条件参数变更形态。

亦即，本实施形态中，变更指令内容数据包含定义与规定手势对应的“臂动作速度增加”及“臂动作速度减少”的动作条件参数变更形态的数据。

如图4所示，将手握拳且将拇指向上伸出的第一手势，对应于“臂动作速度增加”的动作条件参数变更形态。“臂动作速度增加”的动作条件参数变更形态是使臂主体13的动作速度增加的形态。

接着，如图4所示，将手握拳且将拇指向下伸出的第二手势，对应于“臂动作速度减少”的动作条件参数变更形态。“臂动作速度减少”的动作条件参数变更形态是使臂主体13的动作速度减少的形态。

第一或第二手势不限于上述形态，可选择符合操作者的动作条件参数变更指令内容的印象的手势，设定为动作条件参数变更指令动作。借此，可缩短操作者为了记住动作条件参数变更指令与手势（动作条件参数变更指令动作）的对应关系以熟习远程操作机器人系统100的操作方法所需的期间。

此外，由于能以非接触方式对非接触动作检知部71输入动作条件参数变更指令，故在对非接触动作检知部71的动作条件参数变更指令的输入时，无需目视确认非接触动作检知部71，可在例如注视监视器52的状态下对非接触动作检知部71输入动作条件参数变更指令。因此，可迅速进行动作条件参数变更指令的输入，此外，可防止眼睛离开监视器52而导致作业中断。

另外，作为第一或第二手势可选择、设定彼此明确区别的手势作为各动作指令动作，防止误输入及操作者的误认。

另外，本实施形态中，第一及第二手势都是以操作者的一方的手输入。借此，可在以一方的手做出手势将对机器人主体1的动作条件参数变更指令输入远程操作机器人系统100的同时，以另一方的手操作主臂70，将对从属臂10的动作指令输入远程操作机器人系统100。

从远程操作装置2的主臂70、非接触动作检知部71、及模式选择部75输出的信号，输入控制装置3。此外，从摄影机51输出的信号，输入控制装置3。

远程操作装置2与控制装置3的通信、及控制装置3与机器人主体1的通信，借由有线及无线中任一适当的手段进行。

[动作例]

接着，说明远程操作机器人系统100的动作例。

本动作例，是将保管于工件存放处的工件W设置于设置位置P（参照图1）时的动作例。

操作者操作主臂70使从属臂10动作，使保持于末端执行器16的工件W往设置位置P移动。此时，若由操作者做出具有将参数的值提高之意的手形状的第一手势，非接触动作检知部71检知到第一手势，将与第一手势相关的各指的姿势、及手的动作送往控制装置3。之后，变更指令内容特定部34根据第一手势特别指定“臂动作速度增加”的变更形态的动作条件参数变更指令已输入远程操作机器人系统100。之后，动作控制部33使臂主体13的动作速度增加，控制臂主体13的动作。借此，可使工件W迅速地移动至设置位置P的附近。

之后，工件W移动至设置位置P的附近，由操作者做出具有将值降低之意的手形状的第二手势，变更指令内容特定部34根据第二手势特别指定“臂动作速度减少”的变更形态的动作条件参数变更指令已输入远程操作机器人系统100。之后，动作控制部33使臂主体13的动作速度减少，控制臂主体13的动作。借此，可使工件W精确地位于设置位置P。

如以上说明，本发明的远程操作机器人系统100，操作者可选择符合动作条件参数变更指令内容的印象的动作设定为动作条件参数变更指令动作，并可使用设定的动作条件参数变更指令动作，将对应于此动作条件参数变更指令动作的动作条件参数变更指令输入远程操作机器人系统100。借此，可缩短操作者为了记住动作条件参数变更指令与手势（动作条件参数变更指令动作）的对应关系以熟习远程操作机器人系统100的操作方法所需的期间。

此外，可以非接触方式将动作条件参数变更指令输入非接触动作检知部71，故在动作条件参数变更指令输入时无需目视确认非接触动作检知部71，可在例如注视监视器52的状态下将动作条件参数变更指令输入非接触动作检知部71。因此，可迅速进行动作条件参数变更指令的输入，此外，可防止眼睛离开监视器52而作业中断。

另外，作为各动作条件参数变更指令动作可选择彼此明确区别的动作来设定为各动作条件参数变更指令动作，可防止误输入及操作者的误认。

（实施形态2）

以下针对实施形态2的构成、动作，以与实施形态1的差异点为中心进行叙述。

图5是示出存储部32存储的本实施形态的变更指令内容数据的构成例的图。

上述实施形态1中，动作条件参数变更指令动作是操作者的手势，非接触动作检知部71为检知操作者的手势的检知器。相对于此，本实施形态中，动作条件参数变更指令动作则是操作者的声音，非接触动作检知部是检知声音的检知器，例如麦克风。

此外，上述实施形态1中，变更指令内容数据包含与规定手势对应的“臂动作速度增加”及“臂动作速度减少”的动作条件参数变更形态的定义。相对于此，本实施形态中，变更指令内容数据则包含与规定声音对应的“臂动作速度增加”及“臂动作速度减少”的动作条件参数变更形态的定义。

如图5所示，“臂速度上升”的声音的第一声音对应于“臂动作速度增加”的动作条件参数变更形态。此外，“臂速度下降”的声音的第二声音对应于“臂动作速度减少”的动作条件参数变更形态。另外，“臂动作速度增加”、及“臂动作速度减少”的动作条件参数变更形态与上述实施形态1相同。

如以上所述，本实施形态中，借由将第一及第二声音输入非接触动作检知部71，动作控制部33即依照分别对应的动作形态使机器人主体1动作。

（实施形态3）

图6是概略示出本发明的实施形态3的远程操作机器人系统300的构成例的图。

上述实施形态1中，机器人主体1包含从属臂10、末端执行器16、行进单元17、摄影机51，末端执行器16可借由保持动作及解放动作的进行而能实施例如零件的组装作业。

相对于此，如图6所示，本实施形态中，机器人主体301包含从属臂10、相当于吐出枪的末端执行器316、摄影机51。此外，远程操作机器人系统300具备对吐出枪供给涂料的供给装置317。供给装置317借由动作控制部33的控制而驱动。

图7是示出存储部32存储的变更指令内容数据的构成例的图。

如图7所示，本实施形态中，变更指令内容数据包含与规定手势对应的“吐出量增大”、及“吐出量减少”的动作条件参数变更形态。

此外，从在将手背朝上的状态下将手握拳的形态（第一形态）变化为将手打开的形态（第二形态）的第三手势（第一动作），对应于“吐出量增大”的动作条件参数变更形态。“吐出量增大”的动作条件参数变更形态是使从供给装置317吐出的涂料的吐出量增加的形态。

此外，与上述吐出量增大的手势的变化的形态相反地变化的手势，亦即从在将手背朝上的状态下将手打开的形态（第二形态）变化为将手握拳的形态（第一形态）的第四手势（第二动作），对应于“吐出量减少”的动作条件参数变更形态。“吐出量减少”的动作条件参数变更形态是使从供给装置317吐出的涂料的吐出量减少的形态。

[动作例]

接着，说明远程操作机器人系统的动作例。

本动作例，是使机器人主体301动作而将涂料涂布于对象物的动作例。

操作者操作主臂70使从属臂10动作，将涂料涂布于对象物。此时，若操作者判断从末端执行器316吐出的涂料的量偏少而由操作者做出具有将握紧的手放松之意的手形状及手的动作的第三手势，非接触动作检知部71检知到第三手势，将与第三手势相关的各指的姿势、及手的动作送往远程操作装置2。之后，变更指令内容特定部34根据第三手势特别指定“吐出量增大”的变更形态的动作条件参数变更指令已输入远程操作机器人系统300。之后，动作控制部33控制供给装置317，使从末端执行器316吐出的涂料的量增大。

另一方面，若操作者判断从末端执行器316吐出的涂料的量偏多而由操作者做出具有将手握紧之意的手形状及手的动作的第四手势，变更指令内容特定部34根据第四手势特别指定“吐出量减少”的变更形态的动作条件参数变更指令已输入远程操作机器人系统300。之后，动作控制部33控制供给装置317，使从末端执行器316吐出的涂料的量减少。

如以上说明，操作者可将动作条件参数的值的增减指令适当地输入远程操作机器人系统。

（实施形态4）

上述实施形态1中，检知操作者的手势的非接触动作检知部71具有红外线照射器71a、接收对象物反射的从红外线照射器71a照射的红外线的立体摄影机71b。相对于此，本实施形态中，检知操作者的手势的非接触动作检知部71是带在操作者手上的手套，包含检知各指的姿势及手的动作的传感器。

（实施形态5）

上述实施形态1中，控制装置3在手动模式中依照通过非接触动作检知部71输入的动作指令使机器人主体1动作，但并非限于此，在修正自动模式中使动作亦可。

（变形例）

上述实施形态中，主臂70设定为可输入从属臂10的目标姿势的装置，但不限于此。取代上述，主臂70作为将末端执行器16的目标位置及目标姿势输入的装置亦可。此外，动作控制部33在手动模式中，算出末端执行器16成为该检知的目标位置及目标姿势的从属臂10的姿势，以从属臂10成为该姿势的形式进行从属臂10的动作的控制亦可。

此外，机器人主体的动作条件的动作条件参数不限于上述实施形态中例示的构成。取代上述，也可以是机器人臂的力、加速度、振动、或刚性。

由上述说明，对本领域技术人员而言，本发明的诸多改良及其它实施形态是显而易见的。因此，上述说明应解释为仅是例示，是为了对本领域技术人员教示实施本发明最佳形态的目的而提供。在不脱离本发明的精神下，可实质变更其构造及/或功能的细节。

符号说明

1 机器人主体；

2 远程操作装置；

3 控制装置；

10 从属臂；

13 臂主体；

15 基部；

16 末端执行器；

17 行进单元；

31 控制部；

32 存储部；

33 动作控制部；

34 变更指令内容特定部；

51 摄影机；

52 监视器；

70 主臂；

71 非接触动作检知部；

75 模式选择部；

100 远程操作机器人系统。

Claims (3)

1.一种远程操作机器人系统，其特征在于，具备：

机器人主体，具有机器人臂；

远程操作装置，具有输入对所述机器人臂的动作指令的机器人臂动作指令输入部、与检知包含操作者的多个规定的动作条件参数变更指令动作的非接触动作的非接触动作检知部；以及

控制装置，与所述远程操作装置可通信地连接且控制所述机器人主体的动作，

所述控制装置，具有：

存储部，用于存储变更指令内容数据，该变更指令内容数据定义与多个所述动作条件参数变更指令动作的各个对应的所述机器人主体的动作条件的动作条件参数的变更形态；

变更指令内容特定部，根据所述变更指令内容数据特别指定与所述非接触动作检知部所检知的一个所述动作条件参数变更指令动作对应的所述动作条件参数的变更形态；以及

动作控制部，根据所述变更指令内容特定部所特别指定的所述动作条件参数的变更形态变更所述机器人主体的动作条件以控制所述机器人主体的动作；

多个所述动作条件参数变更指令动作包含从第一形态变化为第二形态的第一动作与从所述第二形态变化为所述第一形态的第二动作，

所述变更指令内容数据包含如下两种所述动作条件参数的变更形态的定义：一种是使与所述第一动作对应的规定的所述动作条件参数的值增加；另一种是使与所述第二动作对应的规定的所述动作条件参数的值减少。

2.根据权利要求1所述的远程操作机器人系统，其特征在于，

所述动作条件参数变更指令动作是操作者的手势。

3.根据权利要求2所述的远程操作机器人系统，其特征在于，

所述手势以操作者的一方的手输入。

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