CN113319887B - 可调式数控机械臂关节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可调式数控机械臂关节，有效的解决了在先技术中多关节机械臂长度较短、不易控制、负载较小且线路易磨损的问题；其解决的技术方案是包括前节和后节，所述的前节内设置有所述的后节，所述的后节能在所述的前节内转动和滑动，所述的后节一端铰接有另一所述的前节，所述的前节一端铰接有所述的后节，所述的前节和两个相邻的所述的后节相连通，所述的后节和相邻的两个前节相连通；驱动液压缸；液压回转机构；液压伸缩机构；高压液压泵；摆动液压泵；本发明结构简洁，能有效的提高多关节机械臂的负载，同时降低了多关节机械臂的控制难度和布线难度，实用性强。

Description

可调式数控机械臂关节

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，具体是可调式数控机械臂关节。

背景技术

随着技术的发展，多关节机械臂的应用也越来越广泛。在先技术中，多关节机械臂一般包括若干关节，两两关节之间通过球形关节轴连接，并且在关节的周向方向上设置驱动拉线。通过驱动拉线的拉动以及球形关节轴的连接作用，使得两两关节之间能够进行相对运动。这种方式导致机械臂长度通常较短。

且在先技术中，关节的转动通常是依靠电机和制动器实现的，多关节机械臂则需要机械系统、关节电气系统、传感器系统及失电制动系统，机械及关节电气系统、传感器系统和失电制动器集成一体，利用内置的增量式磁编码器检测电机转子相对电机定子的相对转动位置，并利用绝对式编码器检测关节输出端相对关节固定端的绝对位置，通过增量式磁编码器与绝对式编码器的融合实现多关节的控制。这种机械臂通常自重较重，且过度重视电子控制能力，导致研发和制造成本过高，还极大的影响了机械臂的负载。且大量电子电气控制结构会导致机械臂对工作环境要求高，易损坏，不便于大量推广使用。

且在线技术中的多关节机械臂往往需要很多线路实现各个电子元器件的控制，线路的布设需要还需要适应多关节多工作姿态的需求，线路布设难度大，且线路磨损较快，寿命较低。

因此，本发明提供一种可调式数控机械臂关节来解决上述问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种可调式数控机械臂关节，有效的解决了在先技术中多关节机械臂长度较短、不易控制、负载较小且线路易磨损的问题。

本发明包括前节和后节，所述的前节内设置有所述的后节，所述的后节能在所述的前节内转动和滑动，所述的后节一端铰接有另一所述的前节，所述的前节一端铰接有所述的后节，所述的前节和两个相邻的所述的后节相连通，所述的后节和相邻的两个前节相连通；

驱动液压缸：所述的驱动液压缸两端分别铰接在所述前节和相邻的所述后节上，所述的驱动液压缸和相应所述前节内的摆动仓相连通；

液压回转机构：所述的液压回转机构设置在所述的后节内；

液压伸缩机构：所述的液压伸缩机构包括设置在所述前节内的前伸缩仓和设置在所述后节内的后伸缩仓，所述的前伸缩仓和所述的后伸缩仓相连通；

高压液压泵：所述的高压液压泵和一端的所述前伸缩仓相连通；

摆动液压泵：所述的摆动液压泵和一端所述的摆动仓相连通。

进一步的，所述的液压回转机构包括设置在所述后节内的环形无底的回转仓，所述的回转仓和相应所述的后伸缩仓同轴，所述的回转仓内径大于所述的后伸缩仓内径；

当所述的后节处于收缩状态时，所述回转仓的底面即为所述摆动仓的底面，所述的回转仓内固定连接有隔断板，所述的摆动仓底面固定连接有置于相邻回转仓内的驱动板，所述的驱动板上设置有循环泵。

进一步的，所述的回转仓内固定连接有摆动管，所述的摆动管内同轴滑动连接有延长管，所述的摆动管和相邻的所述的后伸缩仓相连通，所述的摆动管和所述的驱动液压缸之间通过管道相连通；

所述的摆动仓底面开设有若干摆动孔，所述的延长管和若干摆动孔中的任一一个同轴。

进一步的，所述的延长管一端设置有滑动连接在所述摆动管内的密封环，所述的密封环和所述延长管之间的空间内充满惰性气体；

所述的延长管另一端的端面上开设有倒角；

所述的摆动孔一侧设置有单向阀，使得液压油只能从摆动仓进入延长管。

进一步的，所述的回转仓内固定连接有若干定位管，每个所述的定位管均和所述的后伸缩仓相连通，每个所述的定位管内均同轴滑动连接有定位柱，每个所述的定位柱一端均设置有滑动连接在相应定位管内的密封盘，所述的密封盘相应定位柱之间的空间内充满惰性气体；

每个所述定位柱另一端的端面上开设有倒角。

进一步的，所述的摆动仓内侧壁固定连接有补偿仓，所述的补偿仓朝向所述摆动仓轴心的端面上开设有通孔；

所述补偿仓底面为所述前节的侧壁，所述的补偿仓内滑动连接有密封板，所述的密封板和所述补偿仓底面之间的空间内充满有惰性气体或所述的密封板和所述补偿仓底面之间的空间和外界连通。

进一步的，所述的后伸缩仓为中空无底仓，所述的前伸缩仓为中空无顶仓，所述的后伸缩仓套设在所述的前伸缩仓外；

所述的前节侧壁开设有泄压孔，所述的泄压孔内设置有电磁阀。

进一步的，所述的前节上铰接有从动液压缸，所述的从动液压缸和相应的摆动仓相连通。

本发明针对在先技术中多关节机械臂长度较短、不易控制且负载较小的问题做出改进，具有以下有益效果：

1、利用液压结构实现对多关节机械臂的控制，仅依靠两个液压泵和循环泵、电磁阀就能实现对多关节机械臂的控制，减少了电气系统在多关节机械臂控制中的应用，从而降低了多关节机械的控制的复杂程度；

2、将回转和摆动分离并利用液压结构独立控制，实现自由度需求的同时降低了控制难度，同时利用液压还能有效的提高负载；

3、在关节铰接处设置液压管道，同时在回转结构内设置可随意切换的连通液压管，保证在多工作姿态下仍能实现液压管路的畅通，避免了线路布设的困难和线路磨损问题；

本发明结构简洁，能有效的提高多关节机械臂的负载，同时降低了多关节机械臂的控制难度和布线难度，实用性强。

附图说明

图1为本发明主视示意图。

图2为本发明立体示意图一。

图3为本发明立体示意图二。

图4为本发明局部剖视示意图一。

图5为本发明局部剖视示意图二。

图6为本发明局部剖视示意图三。

图7为本发明局部剖视示意图四。

图8为本发明前节立体示意图一。

图9为本发明前节立体示意图二。

图10为本发明后节立体示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图10对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，本发明为可调式数控机械臂关节，其特征在于，参考图1-图4，包括前节1和后节2，所述的前节1内设置有所述的后节2，所述的后节2能在所述的前节1内转动和滑动，所述的后节2和前节1均为中空圆柱状，所述的后节2能在所述前节1内同轴转动，同时后节2还能在前节1内轴向滑动，从而实现回转和伸缩功能，每个后节2和前节1组合成多关节机械臂的一个臂节，每个臂节之间互相铰接，从而组成多关节机械臂，一端的臂节和油压系统相连，另一端的臂节一端则设置有机械手，多个臂节之间的铰接方式具体为：所述的后节2一端铰接有另一所述的前节1，所述的前节1一端铰接有所述的后节2，所述的前节1和两个相邻的所述的后节2相连通，所述的后节2和相邻的两个前节1相连通；

驱动液压缸3：所述的驱动液压缸3两端分别铰接在所述前节1和相邻的所述后节2上，所述的驱动液压缸3和相应所述前节1内的摆动仓4相连通，所述的驱动液压缸3伸缩可带动相邻的两个臂节相对摆动，所述的前节1为中空两端通透的筒状，所述的前节1内固定连接有前节1隔板，所述的摆动仓4设置在前节1隔板的一端，所述的后节2滑动连接在前节1隔板的另一端，所述的摆动仓4底面即为前节1隔板；

液压回转机构：所述的液压回转机构设置在所述的后节2内，所述的液压回转机构可带动所述的后节2在前节1内转动；

液压伸缩机构：所述的液压伸缩机构包括设置在所述前节1内的前伸缩仓5和设置在所述后节2内的后伸缩仓6，所述的前伸缩仓5为筒状仓室且两端无端面，所述的前伸缩仓5设置在前节1隔板的两端，且两端的前伸缩仓5之间通过设置在前节1隔板上的前节1通孔相互连通，所述的摆动仓4为环形仓且设置在前伸缩仓5外，所述的后伸缩仓6为无底筒状仓室，所述的后伸缩仓6套设在所述前伸缩仓5外，所述的前伸缩仓5和所述的后伸缩仓6以此相互连通；

高压液压泵：所述的高压液压泵和所述前伸缩仓5的一端相连通，所述的高压液压泵可向前伸缩仓5内充油或抽油，并通过前伸缩仓5向后伸缩仓6内充油或抽油，以此控制后伸缩仓6的伸缩，进而控制所述臂节的长度；

摆动液压泵：所述的摆动液压泵和所述的摆动仓4的一端相连通，所述的摆动液压泵可向所述的摆动仓4内充油或抽油，以此控制驱动液压缸3的伸缩，从而控制相邻所述臂节的摆动，所述的高压液压泵和摆动液压泵均受外接控制台控制，当摆动液压泵向摆动仓4内充油时，各个驱动液压缸3均伸出，从而实现机械臂向一侧弯曲，而当摆动液压泵向外抽油时，各个驱动液压缸3均伸出收缩，此时机械臂向另一侧弯曲；

所述的摆动仓4内充满液压油，所述的前伸缩仓5和后伸缩仓6内均充满液压油，所述的后节2和相邻的前节1的铰接轴为中空轴，所述的中空轴的两端通过管道和相应的后节2相连通，所述的中空轴中部通过管道和相应的前节1相连通，从而使得液压油能通过管道-中空轴-管道从后节2进入相邻的前节1内，从而保证整个机械臂的所有前伸缩仓5和后伸缩仓6内均充满有液压油，且每个所述臂节的摆动均不会影响油液的流通。

实施例二，在实施例一的基础上，所述的液压回转机构包括设置在所述后节2内的环形无底的回转仓7，所述的回转仓7和相应所述的后伸缩仓6同轴，所述的回转仓7内径大于所述的后伸缩仓6内径，即所述的回转仓7设置在所述后伸缩仓6外，所述回转仓7的底面即为前节1隔板；

参考图5、图6、图8、图10，当所述的后节2处于收缩状态时，所述回转仓7的底面即为所述摆动仓4的底面，即前节1隔板，所述的回转仓7内固定连接有隔断板8，所述的摆动仓4底面固定连接有置于相邻回转仓7内的驱动板9，所述的驱动板9上设置有循环泵，所述的循环泵内集成有无线控制模块，所述的循环泵以此受外接控制台控制；

本实施例在具体使用时，当需要某一臂节实现回转时，则需要通过控制台控制循环泵工作，将驱动板9一侧的液压油抽入另一侧，从而实现后节2的转动，为便于确定回转角度，在循环泵出油口处设置油液流量计，并将油液流量计和控制台无线连接，通过出油口管径可换算出出油量，从而确定回转角度。

实施例三，在实施例一的基础上，参考图5，所述的回转仓7内固定连接有摆动管10，所述的摆动管10内同轴滑动连接有延长管11，所述的延长管11内设置有调节泵，调节泵可将摆动仓4内的油液抽入相连通的驱动液压缸3内，或将相连通的驱动液压缸3内的液压油抽入摆动仓4内，该设置使得本装置可实现更精细化的控制，在设置调节泵的情况下，可取消对摆动液压泵的设置，所述的摆动仓4底面开设有若干摆动孔12，所述的延长管11和若干摆动孔12中的任一一个同轴，所述的延长管11和所述的摆动孔12同轴时，摆动仓4内的液压油可通过延长管11、摆动管10进入驱动液压缸3内，从而实现对驱动液压缸3伸缩的控制；

所述的摆动管10和相邻的所述的后伸缩仓6相连通，所述的摆动管10和所述的驱动液压缸3之间通过管道相连通，所述的摆动管10侧壁内设置有夹层，所述的延长管11滑动连接在夹层内，所述的后伸缩仓6和夹层相连通，当高压液压泵向前伸缩仓5和后伸缩仓6内充油并控制后节2伸出时，油液进入摆动管10夹层内，从而使延长管11伸出，以保证后节2在伸出的过程中，延长管11一端能够始终和摆动孔12相连通；

所述的延长管11一端设置有滑动连接在所述摆动管10内的密封环13，所述的密封环13也滑动连接在夹层内并和夹层内侧壁密封接触，所述的密封环13和所述延长管11之间的空间内充满惰性气体，将密封环13和延长管11之间的空间称为弹性空间，所述的弹性空间内充满有惰性气体，所述的延长管11另一端的端面上开设有倒角，当后节2位置确定时，延长管11一端置于摆动孔12内，当后节2转动时，回转仓7转动带动摆动管10转动，在倒角的作用下延长管11从摆动孔12内退出并压缩弹性空间内的惰性气体，当后节2转动结束后，延长管11在惰性气体回复力的作用下重新回到另一摆动孔12内，在回转仓7转动的过程中，延长管11一端始终和前节1隔板接触，并在惰性气体回复力的作用下压紧在前节1隔板上，从而防止漏液；

所述的摆动孔12一侧设置有单向阀14，使得液压油只能从摆动仓4进入延长管11，所述的单向阀14上还集成有接触触发组件，当单向阀14接触触发组件受压时，单向阀14开启，否者关闭；

所述的摆动仓4内侧壁固定连接有补偿仓19，所述的补偿仓19朝向所述摆动仓4轴心的端面上开设有通孔，该通孔的设置使得补偿仓19和摆动仓4相连通；

所述补偿仓19底面为所述前节1的侧壁，所述的补偿仓19内滑动连接有密封板20，所述的密封板20四壁均和补偿仓19侧壁密封接触，从而在补偿仓19内隔绝出一个密封空间：

该密封空间内充满有惰性气体，在调节泵向驱动液压缸3内充入液压油或驱动液压缸3内的液压油充入摆动仓4内时起到调节摆动仓4容量的作用，同时在充入液压油的过程中摆动仓4内油量增多，易导致摆动仓4升温，补偿仓19的设置能够有效的将油量的增多转化为对惰性气体的压缩，从而将产生内能通过前节1侧壁散发至外界，防止摆动仓4内温度过高，降低调节泵的负荷；

或所述的密封板20和所述补偿仓19底面之间的空间和外界连通，该设置中不再需要在密封空间内设置惰性气体，而直接将密封空间和外界连通，更好的实现摆动仓4容量的调节和能量的发散，但该设置会影响前节1整体结构的完整性，影响前节1的强度，同时也对密封板20的密封能力要求更高；

本实施例在具体使用时，当后节2转动时，在倒角的作用下，延长管11从摆动孔12中推出，单向阀14关闭，此时延长管11随后节2转动，当后节2停止转动后，延长管11落入另一摆动孔12内，并和相应的单向阀14接触，从而使该单向阀14开启；

当需要调节某一臂节的摆动时，只需控制相应的调节泵工作，并以此控制驱动液压缸3的伸缩即可；

需注意的是，调节后节2回转的前提是后节2处于收缩状态。

实施例四，在实施例一的基础上，所述的回转仓7内固定连接有若干定位管16，若干定位管16均匀的分布在回转仓7内，每个所述的定位管16均和所述的后伸缩仓6相连通，每个所述的定位管16内均同轴滑动连接有定位柱17，每个所述的定位柱17一端均设置有滑动连接在相应定位管16内的密封盘18，所述的密封盘18相应定位柱17之间的空间内充满惰性气体，在固定状态时，各个定位柱17置于各个摆动孔12内，从而起到对后节2的定位作用，辅助液压回转机构保证对后节2转动的限位，每个所述定位柱17另一端的端面上开设有倒角，当后节2转动时，在倒角的作用下，定位柱17退出摆动孔12，并在后节2停止转动后进入另一摆动孔12内；

需注意的是，摆动孔12的数量设置为36个，定位柱17的数量设置为35个，延长管11为1个，该设置下，后节2回转的角度小于10°，也可将摆动孔12的数量设置更多以使得后节2回转角度更为精细，定位柱17的数量比摆动孔12的数量少一个即可；

还需注意的是，在后节2处于收缩状态时，前伸缩仓5的侧壁将后伸缩仓6和各个定位管16、摆动管10隔断并使其相互不连通，此时密封盘18和密封环13处于最端头位置，延长管11和定位柱17仅端头置于摆动孔12内，密封盘18和密封环13一侧仅存有少量油液。

实施例五，所述的后伸缩仓6为中空无底仓，所述的前伸缩仓5为中空无顶仓，所述的后伸缩仓6套设在所述的前伸缩仓5外；

参考图5，所述的前节1侧壁开设有泄压孔21，所述的泄压孔21内设置有电磁阀，所述前节1隔板上的前节1通孔内也设置有电磁阀，所有所述的电磁阀均和外接控制台无线连接，同一臂节上的两个电磁阀为同步控制，当需要机械臂伸长时，只需控制相应臂节的电磁阀开启即可，需注意的是，本装置臂节的伸长只能按固定的方式设置，即最靠近高压液压泵的臂节先伸长，之后向机械臂末端依次伸长。

实施例六，在实施例一的基础上，所述的前节1上铰接有从动液压缸22，所述的从动液压缸22和相应的摆动仓4相连通，从动液压缸22的设置用于为臂节的摆动提供辅助支撑，同时起到平衡的作用。

本发明在具体使用时，当需要某一臂节转动时，通过控制台控制相应的循环泵工作，循环泵将驱动板9一侧的液压油抽入另一侧，以此带动后节2转动，从而实现所需臂节的转动，同时油液流量计和控制台内预设的计算软件，从而确定回转角度；

在后节2转动的过程中，延长管11和定位柱17从摆动孔12中推出，单向阀14关闭，此时延长管11随后节2转动，当后节2停止转动后，延长管11落入另一摆动孔12内，并和相应的单向阀14接触，从而使该单向阀14开启，定位管16落入相应的摆动孔12内；

当需要调节某一臂节的摆动时，只需控制相应的调节泵工作，并以此控制驱动液压缸3的伸缩即可；

当需要整个机械臂伸长时，只需控制高压液压泵前伸缩仓5内充油即可，同时按照距高压液压泵由近至远的顺序依次开启电磁阀即可。

本发明针对在先技术中多关节机械臂长度较短、不易控制且负载较小的问题做出改进，具有以下有益效果：

1、利用液压结构实现对多关节机械臂的控制，仅依靠两个液压泵和循环泵、电磁阀就能实现对多关节机械臂的控制，减少了电气系统在多关节机械臂控制中的应用，从而降低了多关节机械的控制的复杂程度；

2、将回转和摆动分离并利用液压结构独立控制，实现自由度需求的同时降低了控制难度，同时利用液压还能有效的提高负载；

3、在关节铰接处设置液压管道，同时在回转结构内设置可随意切换的连通液压管，保证在多工作姿态下仍能实现液压管路的畅通，避免了线路布设的困难和线路磨损问题；

本发明结构简洁，能有效的提高多关节机械臂的负载，同时降低了多关节机械臂的控制难度和布线难度，实用性强。

Claims (7)

1.可调式数控机械臂关节，其特征在于，包括前节（1）和后节（2），所述的前节（1）内设置有所述的后节（2），所述的后节（2）能在所述的前节（1）内转动和滑动，所述的后节（2）一端铰接有另一所述的前节（1），所述的前节（1）一端铰接有所述的后节（2），所述的前节（1）和两个相邻的所述的后节（2）相连通，所述的后节（2）和相邻的两个前节（1）相连通；

驱动液压缸（3）：所述的驱动液压缸（3）两端分别铰接在所述前节（1）和相邻的所述后节（2）上，所述的驱动液压缸（3）和相应所述前节（1）内的摆动仓（4）相连通；

液压回转机构：所述的液压回转机构设置在所述的后节（2）内；

液压伸缩机构：所述的液压伸缩机构包括设置在所述前节（1）内的前伸缩仓（5）和设置在所述后节（2）内的后伸缩仓（6），所述的前伸缩仓（5）和所述的后伸缩仓（6）相连通；

高压液压泵：所述的高压液压泵和一端的所述前伸缩仓（5）相连通；

摆动液压泵：所述的摆动液压泵和一端所述的摆动仓（4）相连通；

所述的液压回转机构包括设置在所述后节（2）内的环形无底的回转仓（7），所述的回转仓（7）和相应所述的后伸缩仓（6）同轴，所述的回转仓（7）内径大于所述的后伸缩仓（6）内径；

当所述的后节（2）处于收缩状态时，所述回转仓（7）的底面即为所述摆动仓（4）的底面，所述的回转仓（7）内固定连接有隔断板（8），所述的摆动仓（4）底面固定连接有置于相邻回转仓（7）内的驱动板（9），所述的驱动板（9）上设置有循环泵。

2.根据权利要求1所述的可调式数控机械臂关节，其特征在于，所述的回转仓（7）内固定连接有摆动管（10），所述的摆动管（10）内同轴滑动连接有延长管（11），所述的摆动管（10）和相邻的所述的后伸缩仓（6）相连通，所述的摆动管（10）和所述的驱动液压缸（3）之间通过管道相连通；

所述的摆动仓（4）底面开设有若干摆动孔（12），所述的延长管（11）和若干摆动孔（12）中的任一一个同轴。

3.根据权利要求2所述的可调式数控机械臂关节，其特征在于，所述的延长管（11）一端设置有滑动连接在所述摆动管（10）内的密封环（13），所述的密封环（13）和所述延长管（11）之间的空间内充满惰性气体；

所述的延长管（11）另一端的端面上开设有倒角；

所述的摆动孔（12）一侧设置有单向阀（14），使得液压油只能从摆动仓（4）进入延长管（11）。

4.根据权利要求2或3所述的可调式数控机械臂关节，其特征在于，所述的回转仓（7）内固定连接有若干定位管（16），每个所述的定位管（16）均和所述的后伸缩仓（6）相连通，每个所述的定位管（16）内均同轴滑动连接有定位柱（17），每个所述的定位柱（17）一端均设置有滑动连接在相应定位管（16）内的密封盘（18），所述的密封盘（18）相应定位柱（17）之间的空间内充满惰性气体；

每个所述定位柱（17）另一端的端面上开设有倒角。

5.根据权利要求3所述的可调式数控机械臂关节，其特征在于，所述的摆动仓（4）内侧壁固定连接有补偿仓（19），所述的补偿仓（19）朝向所述摆动仓（4）轴心的端面上开设有通孔；

所述补偿仓（19）底面为所述前节（1）的侧壁，所述的补偿仓（19）内滑动连接有密封板（20），所述的密封板（20）和所述补偿仓（19）底面之间的空间内充满有惰性气体或所述的密封板（20）和所述补偿仓（19）底面之间的空间和外界连通。

6.根据权利要求1所述的可调式数控机械臂关节，其特征在于，所述的后伸缩仓（6）为中空无底仓，所述的前伸缩仓（5）为中空无顶仓，所述的后伸缩仓（6）套设在所述的前伸缩仓（5）外；

所述的前节（1）侧壁开设有泄压孔（21），所述的泄压孔（21）内设置有电磁阀。

7.根据权利要求1或5所述的可调式数控机械臂关节，其特征在于，所述的前节（1）上铰接有从动液压缸（22），所述的从动液压缸（22）和相应的摆动仓（4）相连通。

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