CN111941211A - 一种风电叶片打磨机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电叶片打磨机器人,包括底盘和打磨装置,所述底盘的中心上方固定设置有涡轮蜗杆回转支承,所述涡轮蜗杆回转支承的输出端设置有为打磨机器人提供动力的液压马达、上方设置有为液压马达供油的液压泵站,所述涡轮蜗杆回转支承的上方还设置有升降机构和与打磨机构连接的吸尘装置,所述升降机构的顶端转动连接有伸缩及角度调节机构,所述伸缩及角度调节机构的伸缩机构最末端固定连接有带动打磨机构前后伸缩、左右摇摆和俯仰运动的角度调节装置,本发明提供一种全自动的、打磨平稳、高效的打磨机器人。它不仅可以代替工人的劳动,同时也为风电叶片生产商节省了大量的人工费用。

Description

一种风电叶片打磨机器人
技术领域
本发明涉及机器人的技术领域,尤其是一种风电叶片打磨机器人。
背景技术
能源是人类社会发展和经济增长的原动力,目前在可再生能源中,除水电以外,风电是最具有商业的开发条件。近年来,我国风电行业也得到快速的发展,我国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的国家。然而,我国风电行业装备制造业却发展缓慢,尤其是风电叶片的打磨工序,据调查,我国风电叶片长度一般在20m-80m,有的甚至达到一百米,叶片直径为1m-4m,叶片高度为2m-5m,重量也达到50吨左右, 不仅风电叶片的尺寸很大而且外形曲面也非常复杂多变,所以迄今为止其表面打磨手续尚未实现自动化。
目前,我国风电叶片生产时对叶片表面打磨的工序主要以手工方式为主。这种操作过程复杂,具有人工定位随机性大、叶片去除余量和打磨位置难以控制等缺点,而且人工打磨存在生产效率低、人工劳动强度大、现场粉尘多、操作稳定性差、成本费用高等问题,为此人们也开始陆续研究自动、高效的打磨机器人。如申请号为201720234234.1 中国专利公开了“一种用于风电叶片的打磨装置”,它能使打磨的效率得到一定的提升,使工人省时省力,但它的不足之处:虽使工人省时省力,但仍然需要大量的人工,现场也出现较多粉尘。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种风电叶片打磨机器人,具有全自动、打磨平稳、高效的优点,它不仅可以代替工人的劳动,同时也为风电叶片生产商节省了大量的人工费用。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种风电叶片打磨机器人,包括底盘和打磨装置,所述底盘的中心上方固定设置有涡轮蜗杆回转支承,所述涡轮蜗杆回转支承的输出端设置有为打磨机器人提供动力的液压马达、上方设置有为液压马达供油的液压泵站,所述涡轮蜗杆回转支承的上方还设置有升降机构和与打磨机构连接的吸尘装置,所述升降机构的顶端转动连接有伸缩及角度调节机构,所述伸缩及角度调节机构的伸缩机构最末端固定连接有带动打磨机构前后伸缩、左右摇摆和俯仰运动的角度调节装置。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述底盘包括车架,所述车架上方可拆卸安装有用于防尘的外罩,所述车架的四个角固定安装有使打磨机器人前后左右行走、转弯和原地旋转的四个舵轮。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述升降机构包括两侧对称设置的第一升降杆、第二升降杆、第三升降杆、第四升降杆、两端分别固定连接在第一升降杆和第四升降杆上的实时检测并反馈升降机构升降距离的第一拉绳传感器和中间设置的由液压泵站供油的第一液压缸,所述第一升降杆、第二升降杆、第三升降杆和第四升降杆的截面形状均为S型且通过第一升降杆、第二升降杆、第三升降杆和第四升降杆每两节之间上下部分各设置的一个导向轮依次勾连使用;
所述第一液压缸的缸筒与第一升降杆固定连接、活塞杆与第二升降杆固定连接且第二升降杆在活塞杆的带动下相对第一升降杆升降且升降距离为S1
所述第二升降杆上固定设置有第一链轮,所述第一链轮上设置有第一链条,所述第一链条的一端与第一升降杆固定连接、另一端与第三升降杆固定连接实现第三升降杆相对于第二升降杆的升降且升降距离为S2
所述第三升降杆上固定设置有第二链轮,所述第二链轮上设置有第二链条,所述第二链条的一端与第二升降杆固定连接、另一端与第四升降杆固定连接实现第四升降杆相对于第三升降杆的升降且升降距离为S3
所述升降距离S1、S2、S3相同从而实现第一升降杆、第二升降杆、第三升降杆和第四升降杆同时同步升降。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述伸缩及角度调节机构包括第一伸缩杆、设置在第一伸缩杆内的第二伸缩杆、两端分别固定设置在第一伸缩杆和第二伸缩杆上的用于实时检测并反馈伸缩距离的第二拉绳传感器和第二液压缸,所述第二伸缩杆下部分设置有带动第二伸缩杆在第一伸缩杆内伸缩的第三液压缸,所述第一伸缩杆和第四升降杆旋转连接且在旋转连接处设置有检测第一伸缩杆与第四升降杆张开角度的磁编码器,所述第二液压缸一端与第二伸缩杆固定连接、另一端与第四升降杆固定连接使第二伸缩杆和第四升降杆之间张开角度范围为20-100°。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述角度调节装置包括第一电机、与第一电机依次连接的第一行星减速器、涡轮蜗杆减速器和与涡轮蜗杆减速器连接的连接平板,所述连接平板通过端部设置的“L”型板固定连接弹簧导向杆,所述弹簧导向杆上套装有第一弹簧,所述弹簧导向杆活动连接在方形连接块上方,所述连接平板和方形连接块通过竖向轴连接,所述第一电机通过第一行星减速器和涡轮蜗杆减速器带动连接平板绕竖向轴转动从而实现了打磨机构的俯仰运动,同时使方形连接块相对于连接平板摆动进而使打磨机构左右摇摆;
所述方形连接块上均布设置有多个直线轴承,多个所述直线轴承内滑动设置有与打磨机构固定连接的光轴,位于中心位置的光轴外侧套有第二弹簧使打磨机构前后伸缩;
所述第二弹簧的下侧安装有检测第二弹簧前后伸缩距离的位移传感器,所述位移传感器一端与方形连接块相连、另一端与打磨机构相连从而控制打磨机构对风电叶片的压力。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述打磨机构包括滚筒外壳、与滚筒外壳固定连接的调心轴承、和滚筒,所述滚筒通过轴与调心轴承活动连接,所述连接滚筒轴的一侧连接有第二同步带轮,所述滚筒外壳一侧设置有第二电机,所述第二电机依次连接第二行星减速器和第一同步带轮,所述第二电机带动第二行星减速器运动进而带动第一同步带轮转动,所述第一同步带轮通过同步带带动第二同步带轮转动进而实现同步转动实现滚筒的旋转,所述同步带上方设置有用于压紧同步带的张紧轮,所述滚筒外壳上下侧分别对称设置有上激光传感器和下激光传感器,根据上激光传感器和下激光传感器分别与风电叶片的距离来控制打磨机构的俯仰确保滚筒始终与风电叶片相切,所述滚筒外壳的左右两侧各设置有调节滚筒位置前后的压轮且采用硅胶材质,所述滚筒外壳上与第二电机相背的一侧设置有平衡第二电机和第二行星减速器重量的配重块,所述吸尘装置6通过软管与滚筒外壳512下侧开设的条形的吸尘口连接使对叶片打磨下来的粉尘顺利进入吸尘装置6。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述升降机构升降范围为0-8m,所述伸缩及调节结构伸缩范围为0-4m。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述第一伸缩杆和第二伸缩杆之间填有尼龙块。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述第一液压缸、第二液压缸和第三液压缸均采用双向液压缸。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述滚筒宽度为800mm,滚筒的转速范围为0-500r/min。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:
1、本发明装置中底盘采用四个舵轮,使打磨机器人能够实现前后左右的行走、转弯和原地旋转,可以满足风电叶片狭小打磨的现场要求;
2、本发明装置中升降机构升降范围为0-8m,伸缩及调节结构伸缩范围为0-4m,满足了不同高度、不同大小的叶片打磨需求;
3、本发明中滚筒宽度为800mm,转速范围为0-500r/min,使打磨的效率更高,大大解放了工人;
4、本发明的打磨机器人包括整体的旋转、升降、伸缩、伸缩杆的角度调节,还包括了打磨机构的俯仰和摇摆,再配合一系类的高精度的传感器及控制算法,使各种表面复杂的叶片都能得到稳定准确的打磨。
附图说明
图1是本发明的立体图;
图2是本发明的底盘结构示意图;
图3是本发明的升降机构结构示意图;
图4是本发明的伸缩及角度调节机构结构示意图;
图5是本发明的打磨机构的角度调节装置结构示意图;
图6是本发明的打磨机构结构示意图;
其中:
1、底盘,11、车架,12、舵轮,13、外罩;
2、升降机构,21、第一升降杆,22、第二升降杆,23、第三升降杆,24、第四升降杆,25、导向轮,26、第一链轮,27、第二链条,28、第一链条,29、第一液压缸,210、第一拉绳传感器,211、第二链轮;
3、伸缩及角度调节机构,31、第二伸缩杆,32、第二拉绳传感器,33、第一伸缩杆,34、磁编码器,35、第二液压缸,36、尼龙块,37、第三液压缸;
4、打磨机构的角度调节装置,41、第一电机,42、第一行星减速器,43、涡轮蜗杆减速器,44、连接平板,45、弹簧导向杆,46、方形连接块,47、第一弹簧,48、直线轴承,49、光轴,410、第二弹簧,411、位移传感器,412、竖向轴;
5、打磨机构,51、第二电机,52、第二行星减速器,53、同步带,54、第一同步带轮,55、第二同步带轮,56、张紧轮,57、调心轴承,58、滚筒,59、下激光传感器,510、压轮,511、配重块,512、滚筒外壳,513、上激光传感器;
6、吸尘装置;
7、液压马达;
8、涡轮蜗杆回转支承;
9、液压泵站。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
如图1至图6所示,一种风电叶片打磨机器人,包括底盘1和打磨装置5,所述底盘1的中心上方固定设置有涡轮蜗杆回转支承8,所述涡轮蜗杆回转支承8的输出端设置有为打磨机器人提供动力的液压马达7、上方设置有为液压马达7供油的液压泵站9,所述涡轮蜗杆回转支承8的上方还设置有升降机构2和与打磨机构5连接的吸尘装置6,当液压泵站9给液压马达7供油时,液压马达7带动涡轮蜗杆回转支承8转动,从而带动升降机构2及打磨机构5可以自身旋转,所述升降机构2的顶端转动连接有伸缩及角度调节机构3,所述伸缩及角度调节机构3的伸缩机构最末端固定连接有带动打磨机构5前后伸缩、左右摇摆和俯仰运动的角度调节装置4,所述打磨机构5和角度调节装置4通过螺栓连接。
所述底盘1包括车架11,所述车架11上方可拆卸安装有用于防尘且方便检修的外罩13,所述车架11的四个角固定安装有使打磨机器人前后左右行走、转弯和原地旋转的四个舵轮12。
本发明装置中底盘采用四个舵轮,使打磨机器人能够实现前后左右的行走、转弯和原地旋转,可以满足风电叶片狭小打磨的现场要求。
所述升降机构2包括两侧对称设置的第一升降杆21、第二升降杆22、第三升降杆23、第四升降杆24、两端分别固定连接在第一升降杆21和第四升降杆24上的实时检测并反馈升降机构2升降距离的第一拉绳传感器210和中间设置的由液压泵站9供油的第一液压缸29,所述第一升降杆21、第二升降杆22、第三升降杆23和第四升降杆24的截面形状均为S型且通过第一升降杆21、第二升降杆22、第三升降杆23和第四升降杆24每两节之间上下部分各设置的一个导向轮25依次勾连使用;
所述第一液压缸29的缸筒与第一升降杆21固定连接、活塞杆与第二升降杆22固定连接且第二升降杆22在活塞杆的带动下相对第一升降杆21升降且升降距离为S1
所述第二升降杆22上固定设置有第一链轮26,所述第一链轮26上设置有第一链条28,所述第一链条28的一端与第一升降杆21固定连接、另一端与第三升降杆23固定连接实现第三升降杆23相对于第二升降杆22的升降且升降距离为S2
所述第三升降杆23上固定设置有第二链轮211,所述第二链轮211上设置有第二链条27,所述第二链条27的一端与第二升降杆22固定连接、另一端与第四升降杆24固定连接实现第四升降杆23相对于第三升降杆23的升降且升降距离为S3
所述升降距离S1、S2、S3相同从而实现第一升降杆21、第二升降杆22、第三升降杆23和第四升降杆24同时同步升降。
所述伸缩及角度调节机构3包括第一伸缩杆33、设置在第一伸缩杆33内的第二伸缩杆31、两端分别固定设置在第一伸缩杆33和第二伸缩杆31上的用于实时检测并反馈伸缩距离的第二拉绳传感器32和第二液压缸35,所述第二伸缩杆31下部分设置有带动第二伸缩杆31在第一伸缩杆33内伸缩的第三液压缸37,所述第一液压缸29、第二液压缸35和第三液压缸37均采用双向液压缸,所述第一伸缩杆33和第二伸缩杆31之间填有尼龙块36,从而在第三液压缸37的带动下使第二伸缩杆31的伸缩更加平稳,所述第一伸缩杆33和第四升降杆24旋转连接且在旋转连接处设置有检测第一伸缩杆33与第四升降杆24张开角度的磁编码器34,所述第二液压缸35一端与第二伸缩杆31固定连接、另一端与第四升降杆24固定连接使第二伸缩杆31和第四升降杆24之间张开角度范围为20-100°。
本发明装置中升降机构升降范围为0-8m,伸缩及调节结构伸缩范围为0-4m,满足了不同高度、不同大小的叶片打磨需求。
所述角度调节装置4包括第一电机41、与第一电机41依次连接的第一行星减速器42、涡轮蜗杆减速器43和与涡轮蜗杆减速器43连接的连接平板44,所述连接平板44通过端部设置的“L”型板固定连接弹簧导向杆45,所述弹簧导向杆45上套装有第一弹簧47,所述弹簧导向杆45活动连接在方形连接块46上方,所述连接平板44和方形连接块46通过竖向轴412连接,所述第一电机41通过第一行星减速器42和涡轮蜗杆减速器43带动连接平板44绕竖向轴412转动从而实现了打磨机构5的俯仰运动,同时使方形连接块46相对于连接平板44摆动进而使打磨机构5左右摇摆;
所述方形连接块46上均布设置有多个直线轴承48,多个所述直线轴承48内滑动设置有与打磨机构5固定连接的光轴49,位于中心位置的光轴49外侧套有第二弹簧410使打磨机构5前后伸缩;
所述第二弹簧410的下侧安装有检测第二弹簧410前后伸缩距离的位移传感器411,所述位移传感器411一端与方形连接块46相连、另一端与打磨机构5相连从而控制打磨机构5对风电叶片的压力。
所述打磨机构5包括滚筒外壳512、与滚筒外壳512固定连接的调心轴承57、和滚筒58,所述滚筒58通过轴与调心轴承57活动连接,所述连接滚筒58轴的一侧连接有第二同步带轮55,所述滚筒外壳512一侧设置有第二电机51,所述第二电机51依次连接第二行星减速器52和第一同步带轮54,所述第二电机51带动第二行星减速器52运动进而带动第一同步带轮54转动,所述第一同步带轮54通过同步带53带动第二同步带轮55转动进而实现同步转动实现滚筒58的旋转,所述同步带53上方设置有用于压紧同步带53的张紧轮56;所述滚筒外壳512上下侧分别对称设置有上激光传感器513和下激光传感器59,根据上激光传感器513和下激光传感器59分别与风电叶片的距离来控制打磨机构5的俯仰确保滚筒58始终与风电叶片相切,所述滚筒外壳512的左右两侧各设置有调节滚筒58位置前后的压轮510且采用硅胶材质,所述滚筒外壳512上与第二电机51相背的一侧设置有平衡第二电机51和第二行星减速器52重量的配重块511,所述吸尘装置6通过软管与滚筒外壳512下侧开设的条形的吸尘口连接使对叶片打磨下来的粉尘顺利进入吸尘装置6。
本发明中滚筒58宽度为800mm,转速范围为0-500r/min,使打磨的效率更高,大大解放了工人,本发明的打磨机器人包括整体的旋转、升降、伸缩、伸缩杆的角度调节,还包括了打磨机构5的俯仰和摇摆,再配合一系类的高精度的传感器及控制算法,使各种表面复杂的叶片都能得到稳定准确的打磨。
本发明对风电叶片打磨这一亟待解决的工程问题,提供一种全自动的、打磨平稳、高效的打磨机器人,它不仅可以代替工人的劳动,同时也为风电叶片生产商节省了大量的人工费用。

Claims (10)

1.一种风电叶片打磨机器人,其特征在于:包括底盘(1)和打磨装置(5),所述底盘(1)的中心上方固定设置有涡轮蜗杆回转支承(8),所述涡轮蜗杆回转支承(8)的输出端设置有为打磨机器人提供动力的液压马达(7)、上方设置有为液压马达(7)供油的液压泵站(9),所述涡轮蜗杆回转支承(8)的上方还设置有升降机构(2)和与打磨机构(5)连接的吸尘装置(6),所述升降机构(2)的顶端转动连接有伸缩及角度调节机构(3),所述伸缩及角度调节机构(3)的伸缩机构最末端固定连接有带动打磨机构(5)前后伸缩、左右摇摆和俯仰运动的角度调节装置(4)。
2.根据权利要求1所述的一种风电叶片打磨机器人,其特征在于:所述底盘(1)包括车架(11),所述车架(11)上方可拆卸安装有用于防尘的外罩(13),所述车架(11)的四个角固定安装有使打磨机器人前后左右行走、转弯和原地旋转的四个舵轮(12)。
3.根据权利要求1所述一种风电叶片打磨机器人,其特征在于:所述升降机构(2)包括两侧对称设置的第一升降杆(21)、第二升降杆(22)、第三升降杆(23)、第四升降杆(24)、两端分别固定连接在第一升降杆(21)和第四升降杆(24)上的实时检测并反馈升降机构(2)升降距离的第一拉绳传感器(210)和中间设置的由液压泵站(9)供油的第一液压缸(29),所述第一升降杆(21)、第二升降杆(22)、第三升降杆(23)和第四升降杆(24)的截面形状均为S型且通过第一升降杆(21)、第二升降杆(22)、第三升降杆(23)和第四升降杆(24)每两节之间上下部分各设置的一个导向轮(25)依次勾连使用;
所述第一液压缸(29)的缸筒与第一升降杆(21)固定连接、活塞杆与第二升降杆(22)固定连接且第二升降杆(22)在活塞杆的带动下相对第一升降杆(21)升降且升降距离为S1
所述第二升降杆(22)上固定设置有第一链轮(26),所述第一链轮(26)上设置有第一链条(28),所述第一链条(28)的一端与第一升降杆(21)固定连接、另一端与第三升降杆(23)固定连接实现第三升降杆(23)相对于第二升降杆(22)的升降且升降距离为S2
所述第三升降杆(23)上固定设置有第二链轮(211),所述第二链轮(211)上设置有第二链条(27),所述第二链条(27)的一端与第二升降杆(22)固定连接、另一端与第四升降杆(24)固定连接实现第四升降杆(23)相对于第三升降杆(23)的升降且升降距离为S3
所述升降距离S1、S2、S3相同从而实现第一升降杆(21)、第二升降杆(22)、第三升降杆(23)和第四升降杆(24)同时同步升降。
4.根据权利要求3所述一种风电叶片打磨机器人,其特征在于:所述伸缩及角度调节机构(3)包括第一伸缩杆(33)、设置在第一伸缩杆(33)内的第二伸缩杆(31)、两端分别固定设置在第一伸缩杆(33)和第二伸缩杆(31)上的用于实时检测并反馈伸缩距离的第二拉绳传感器(32)和第二液压缸(35),所述第二伸缩杆(31)下部分设置有带动第二伸缩杆(31)在第一伸缩杆(33)内伸缩的第三液压缸(37),所述第一伸缩杆(33)和第四升降杆(24)旋转连接且在旋转连接处设置有检测第一伸缩杆(33)与第四升降杆(24)张开角度的磁编码器(34),所述第二液压缸(35)一端与第二伸缩杆(31)固定连接、另一端与第四升降杆(24)固定连接使第二伸缩杆(31)和第四升降杆(24)之间张开角度范围为20-100°。
5.根据权利要求1所述一种风电叶片打磨机器人,其特征在于:所述角度调节装置(4)包括第一电机(41)、与第一电机(41)依次连接的第一行星减速器(42)、涡轮蜗杆减速器(43)和与涡轮蜗杆减速器(43)连接的连接平板(44),所述连接平板(44)通过端部设置的“L”型板固定连接弹簧导向杆(45),所述弹簧导向杆(45)上套装有第一弹簧(47),所述弹簧导向杆(45)活动连接在方形连接块(46)上方,所述连接平板(44)和方形连接块(46)通过竖向轴(412)连接,所述第一电机(41)通过第一行星减速器(42)和涡轮蜗杆减速器(43)带动连接平板(44)绕竖向轴(412)转动从而实现了打磨机构(5)的俯仰运动,同时使方形连接块(46)相对于连接平板(44)摆动进而使打磨机构(5)左右摇摆;
所述方形连接块(46)上均布设置有多个直线轴承(48),多个所述直线轴承(48)内滑动设置有与打磨机构(5)固定连接的光轴(49),位于中心位置的光轴(49)外侧套有第二弹簧(410)使打磨机构(5)前后伸缩;
所述第二弹簧(410)的下侧安装有检测第二弹簧(410)前后伸缩距离的位移传感器(411),所述位移传感器(411)一端与方形连接块(46)相连、另一端与打磨机构(5)相连从而控制打磨机构(5)对风电叶片的压力。
6.根据权利要求1所述一种风电叶片打磨机器人,其特征在于:所述打磨机构(5)包括滚筒外壳(512)、与滚筒外壳(512)固定连接的调心轴承(57)、和滚筒(58),所述滚筒(58)通过轴与调心轴承(57)活动连接,所述连接滚筒(58)轴的一侧连接有第二同步带轮(55),所述滚筒外壳(512)一侧设置有第二电机(51),所述第二电机(51)依次连接第二行星减速器(52)和第一同步带轮(54),所述第二电机(51)带动第二行星减速器(52)运动进而带动第一同步带轮(54)转动,所述第一同步带轮(54)通过同步带(53)带动第二同步带轮(55)转动进而实现同步转动实现滚筒(58)的旋转,所述同步带(53)上方设置有用于压紧同步带(53)的张紧轮(56);所述滚筒外壳(512)上下侧分别对称设置有上激光传感器(513)和下激光传感器(59),根据上激光传感器(513)和下激光传感器(59)分别与风电叶片的距离来控制打磨机构(5)的俯仰确保滚筒(58)始终与风电叶片相切,所述滚筒外壳(512)的左右两侧各设置有调节滚筒(58)位置前后的压轮(510)且采用硅胶材质,所述滚筒外壳(512)上与第二电机(51)相背的一侧设置有平衡第二电机(51)和第二行星减速器(52)重量的配重块(511),所述吸尘装置(6)通过软管与滚筒外壳(512)下侧开设的条形的吸尘口连接使对叶片打磨下来的粉尘顺利进入吸尘装置(6)。
7.根据权利要求1所述一种风电叶片打磨机器人,其特征在于:所述升降机构(2)升降范围为0-8m,所述伸缩及调节结构(3)伸缩范围为0-4m。
8.根据权利要求4所述一种风电叶片打磨机器人,其特征在于:所述第一伸缩杆(33)和第二伸缩杆(31)之间填有尼龙块(36)。
9.根据权利要求4所述一种风电叶片打磨机器人,其特征在于:所述第一液压缸(29)、第二液压缸(35)和第三液压缸(37)均采用双向液压缸。
10.根据权利要求6所述一种风电叶片打磨机器人,其特征在于:所述滚筒(58)宽度为800mm,所述滚筒(58)的转速范围为0-500r/min。
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