CN114371710A - 基于反光柱的移动机器人的导航方法、设备及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于反光柱的移动机器人导航方法、设备及可读存储介质,其中导航方法包括:获取对各反光柱的检测结果,并根据所述检测结果得到各反光柱所在的位置;将所述各反光柱所在的位置进行连线以得到参考路线;根据所述参考路线得到移动机器人的行进路线。本发明的技术方案,一方面可以提高对移动机器人导航的灵活性,另一方面能够降低对移动机器人导航的成本和难度。
Description
技术领域
本发明一般地涉及移动机器人导航技术领域。更具体地,本发明涉及一种基于反光柱的移动机器人的导航方法、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
在养殖场、厂库、屠宰场或生产车间等应用场景中,移动机器人(或AGV小车)是常用的设备,可以在应用场景中按照设定的轨迹行进,以将货物运输到设定的位置或者对应用场景进行巡检。目前,移动机器人在行驶时,常用的导航方法是:设置与设定的轨迹相应的磁条或者轨道,控制移动机器人沿磁条或者轨道行进。
上述导航方法的优点是精度高且稳定性好,可以指引移动机器人沿磁条或轨道行进到指定的位置,缺点是灵活性差、维护难度大且成本高,尤其是在屠宰场等,如果磁条或者轨道被污染或损坏,就需要对其进行清洗和修补,需要较大的人力成本和材料成本
综上所述可知,现有技术中移动机器人的导航方法,存在灵活性差并且维护难度大、成本高的问题。
发明内容
本发明提供一种基于反光柱的移动机器人导航方法、设备及可读存储介质,以至少解决上述现有技术中移动机器人导航方法存在灵活性差并且维护难度大、成本高的问题。
为解决上述问题,第一方面,本发明提供了一种基于反光柱的移动机器人的导航方法,包括:获取对各反光柱的检测结果,并根据所述检测结果得到各反光柱所在的位置;将所述各反光柱所在的位置进行连线以得到参考路线;根据所述参考路线得到移动机器人的行进路线。
根据本发明的一个实施例,所述对获取对各反光柱的检测结果包括:获取反光柱的激光雷达检测点;根据所述反光柱的形状对所述反光柱的激光雷达检测点进行拟合,以得到所述反光柱在平面坐标系的方程式。
根据本发明的另一个实施例,所述获取反光柱的激光雷达检测点包括:获取设定区域的激光雷达检测点的亮度,将其中亮度大于设定亮度的激光雷达检测点作为所述反光柱的激光雷达检测点。
根据本发明的又一个实施例,所述根据所述反光柱的形状对所述反光柱的激光雷达检测点进行拟合包括:采用最小二乘法对所述反光柱的激光雷达检测点进行拟合。
根据本发明的另一个实施例,所述反光柱为圆柱,所述获取反光柱的激光雷达检测点还包括:根据所述反光柱在平面坐标系的方程式得到所述反光柱的半径;响应于所述反光柱的半径与预设半径相应,将该反光柱保留,否则将该反光柱删除。
根据本发明的又一个实施例,所述得到各反光柱所在的位置包括:根据所述反光柱在平面坐标系的方程式,得到其中心点在平面坐标系中的坐标;以所述中心点在平面坐标系中的坐标为所述反光柱的位置。
根据本发明的另一个实施例,所述将所述各反光柱所在的位置进行连线以得到参考路线包括:对各反光柱中心点的连线进行拟合,以得到所述参考路线。
根据本发明的又一个实施例,所述根据所述参考路线得到移动机器人的行进路线包括:获取所述参考路线在平面坐标系中的方程式;获取所述平面坐标系中与所述参考路线平行且最小距离为设定距离的路线,并将该路线作为所述移动机器人的行进路线。
第二方面,本发明还提供一种基于反光柱的移动机器人的导航设备,包括处理器和存储器,所述存储器用于存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令由所述处理器执行以实现如上述任意一项实施例所述的方法。
第三方面,本发明还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令被执行时,实现如上述任意一项实施例所述的方法。
本发明所提供的技术方案,首先获取对各反光柱的检测结果,然后根据各反光柱所在的位置得到得到参考路线,最有再根据参考路线得到移动机器人的行进路线。一方面,由于反光柱可以移动,当需要改变移动机器人的行进路线时,只需改变反光柱的位置即可,因此与现有技术相比,可以提高对移动机器人导航的灵活性。另一方面,由于本发明的技术方案再对移动机器人进行导航时无需使用磁条或轨道,因此不需要对磁条或轨道进行维护,能够降低对移动机器人导航的成本和难度。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述,本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中,以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式,并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分,其中:
图1为根据本发明实施例的一种基于反光柱的移动机器人的导航方法的流程图;
图2为根据本发明实施例的一种参考路线的示意图;
图3为根据本发明实施例的一种根据参考路线获取移动机器人行进路线的示意图;以及
图4为根据本发明实施例的一种基于反光柱的移动机器人的导航设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚和完整地描述。应当理解的是本说明书所描述的实施例仅是本发明为了便于对方案的清晰理解和符合法律的要求而提供的部分实施例,而并非可以实现本发明的所有实施例。基于本说明书公开的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,图1所示出的是本发明的一种基于反光柱的移动机器人的导航方法,该导航方法可用于对养殖场等环境中的移动机器人进行导航,以提高移动机器人行驶的灵活性。下面结合图1,对本发明的基于反光柱移动机器人的导航方法进行说明。
如图1所示,本发明的基于反光柱的移动机器人的导航方法包括:
在步骤S1中,获取对各反光柱的检测结果,并根据对各反光柱的检测结果得到各反光柱所在的位置。在执行本发明所提供的基于反光柱的移动机器人的导航方法时,可以先根据需求布置反光柱,例如,当移动机器人为巡检机器人时,可以将在需要巡检的位置附近布置反光柱。在对反光柱进行检测时,可以将检测设备(如激光雷达)设置在各反光柱上方的区域,检测设备从各反光柱的上方对各反光柱的顶端进行检测。本发明的导航方法可以由移动机器人执行,也可以由上位机、管理平台等其它具有数据处理功能的智能设备执行,检测设备检测到各反光柱后,可以将检测结果发送给移动机器人或智能设备。
移动机器人或者智能设备获取到对各反光柱的检测结果后,可以将各反光柱放置在一个平面坐标系中,得到各反光柱在该平面坐标系中的位置。例如,该平面坐标系可以为与应用环境相应的平面坐标系,然后根据检测设备对各反光柱的检测结果,得到该检测设备与各反光柱之间的距离和相对位置关系,最后再根据检测设备自身的位置,得到各反光柱上述平面坐标系中的坐标,即各反光柱在上述平面坐标系中的位置。
在步骤S2中,将各反光柱所在的位置进行连线以得到参考路线。在上述步骤S1中得到各反光柱在平面坐标系中的坐标后,可以将其中相邻的反光柱通过直线连接,例如,当检测到的各反光柱的形状为一个区域范围时(如三角形或者正方形),可以从各反光柱中随机选取一个标志点,然后将相邻反光柱的标志点通过直线连接,从而依次将各反光柱连接,得到一条连接各反光柱的连线,该连线即为参考线路。
在步骤S3中,根据上述参考路线得到移动机器人的行进路线。在上述步骤S2中得到参考线路后,在参考线路一侧的设定范围内选取一条线路,该线路与上述参考线路的延伸方向相对应,并且该线路即为移动机器人的行进线路。如果执行本发明导航方法的设备为移动机器人,则移动机器人得到其行进线路行进;如果执行本发明导航方法的设备为智能设备,则智能设备得到该行进路线后将其发送给移动机器人,移动机器人得到该行进路线后按照该行进路线行进。
综上所示,本发明所提供的技术方案,首先获取对各反光柱的检测结果,然后根据各反光柱所在的位置得到得到参考路线,最有再根据参考路线得到移动机器人的行进路线。由于本发明的技术方案是根据反光柱获取移动机器人行进路线的,而反光柱的位置是可以根据需求进行移动的,因此当需要改变移动机器人的行进路线时,只需要改变反光柱的位置,然后再获取移动机器人的行进路线即可,在此过程中不受轨道的限制,因此与现有技术相比,本发明的技术方案可以提高对移动机器人导航的灵活性。另一方面,本发明的技术方案无需采用磁条或轨道为移动机器人导航,因此不需要对磁条或轨道进行维护,可以省去对磁条和轨道的维护成本,能够降低对移动机器人导航的成本和难度。
上文中对本发明的技术方案做了整体的介绍,下面结合具体应用场景,对上述获取各反光柱检测结果的方法进行详细说明。
在一个应用场景中,获取各反光柱检测结果的方法包括:获取反光柱的激光雷达检测点;根据反光柱的形状对反光柱的激光雷达检测点进行拟合,以得到反光柱在平面坐标系的方程式。在本实施例中,用于检测反光柱的检测设备为激光雷达,通过激光雷达设置在各反光柱上方的区域,能够从各反光柱的上方对各反光柱进行检测,得到各反光柱的激光雷达检测点。在得到各激光雷达检测点后,可以将各激光雷达检测点放置到平面坐标系中,得到各激光雷达检测点在平面坐标系中的坐标,然后根据各激光雷达检测点在平面坐标系中的坐标以及各反光柱的形状,得到各反光柱在平面坐标系中的方程。
例如,当反光柱的形状为三棱柱时,反光柱在平面坐标系中的形状为三角形,在得到反光柱的激光雷达点在平面坐标系中的坐标后,按照三角形对各激光雷达检测点进行拟合,以得到其三条边在平面坐标系中的方程式,该方程式即为相应反光柱在平面坐标系中的方程式;同理,当反光柱的形状为四棱柱时,反光柱在平面坐标系中的形状为四边形,在得到反光柱的激光雷达点在平面坐标系中的坐标后,按照四边形对激光雷达检测点进行拟合,得到其四条边在平面坐标系中的方程式,该方程式即为相应反光柱在平面坐标系中的方程式。
上述实施例中的设置方式,将反光柱的激光雷达检测点放置在平面坐标系中,并根据反光柱的形状对激光雷达检测点进行拟合,以得到各反光柱在平面坐标系中的方程式,与其它如图像识别的方式相比,能够增加数据处理的速度,提高获取各反光柱在平面坐标系中方程式的工作效率。
在另一个应用场景中,在采用激光雷达获取设定区域反光柱的激光雷达检测点时,除了设定区域反光柱的激光雷达检测点,还可能会检测到该设定区域其它物品的激光雷达检测点。因此为了提高对反光柱检测的准确性,去除其它物品的干扰,本实施例中在通过激光雷达获取设定区域的激光雷达检测点后,还获取各激光雷达检测点的亮度,然后保留其中亮度大于设定亮度的激光雷达检测点,删除其中亮度小于设定亮度的激光雷达检测点。由于反光柱的反光率比设定范围内其它物品的反光率大,因此获取的反光柱激光雷达检测点的亮度大于其它物品的亮度,本实施例的设置方式,保留亮度大于设定亮度的激光雷达检测点并删除亮度小于设定亮度的激光雷达检测点,可以提高对反光柱检测的准确性,进而提高所获得行进路线的准确性。
上文中对获取各反光柱检测结果的方法做了详细介绍,下面结合具体应用场景,对拟合激光雷达检测点的方法做详细说明。
在又一个应用场景中,在对激光雷达检测点进行拟合时,所采用的拟合算法为最小二乘法。例如,当反光柱的形状为圆柱形时,其在平面坐标系中的形状为圆形,以其中一个圆形为例,设该圆形的方程式为:
x2+y2+ax+by+c=0。
其中(x,y)为该圆形区域内激光雷达检测点在平面坐标系中的坐标,a、b、c为匹配系数,设该圆形的中心点在平面坐标系中的坐标为(A,B),半径为R,则A、B、R可以通过如下公式计算得到:
设上述圆形区域中共有n个激光雷达检测点,其中第i个激光雷达检测点的坐标为(xi,yi),其中n为大于1的正整数,i为大于0且小于等于n的正整数,设该激光雷达检测点到上述圆形边缘的距离平方和与半径平方差为Q(a,b,c),则Q(a,b,c)可以通过如下公式计算得到:
Q(a,b,c)=∑[(xi 2+yi 2+aix+byi+c)]2
得到上述公式Q(a,b,c)后,分别对其中的a、b、c求偏导,得到分别关于a、b、c的偏导函数,然后使各偏导函数等于0,得到三个关于a、b、c的方程式,之后将这三个方程式联立并求解,即可计算出a、b、c的值。
上述实施例的设置方式,采用最小二乘法拟合对激光雷达检测点进行拟合,以得到各反光柱在平面坐标系中的方程式。由于最小二乘法与其它拟合方式相比,具有准精确度高、数据处理速度快的优点,因此上述实施例的设置方式在获取的各反光柱在平面坐标系中方程式时,不仅能够提高所获得的方程式的精确度,还能够提高工作效率。
在本发明的技术方案中,采用激光雷达获取反光柱的激光雷达检测点时,所获得的激光雷达检测点不仅包括反光柱的激光雷达检测点,还可能包括其它物体的激光雷达检测点,并且这些物体的形状可能与反光柱的形状类型一致。例如,当反光柱的形状为圆柱形时,所检测到的激光雷达检测点可能包括立柱或者其它物体的激光雷达检测点,因此根据激光雷达检测点拟合出的方程式,可能不是反光柱的方程式。下面结合具体应用场景,对删除非反光柱方程式的方法进行详细介绍。
在一个应用场景中,反光柱的形状为圆柱形,为了除去非反光柱对反光柱的识别造成的影响,本实施例中在得到各反光柱在平面坐标系中的方程式后,首先根据反光柱在平面坐标系的方程式得到各反光柱的半径;然后判断各反光柱的半径与设定半径值之间的差值是否在设定范围内;如果反光柱的半径与预设半径的差值在设定范围内,则得到的反光柱是预置的反光柱,不存在异常;如果有反光柱的半径与预设半径的差值不在设定范围内,则该反光柱存在异常,即该物体不是需要检测的反光柱,因此将其删除。例如,当一个反光柱在平面坐标系中的方程式为如下公式时:
x2+y2+ax+by+c=0
可以计算出该反光柱的半径R为:
然后将该反光柱的半径R与设定半径R0做差,即可得到该反光柱R与设定半径之间的差值,然后根据该差值是否在设定范围内,判断所检测到的反光柱是否存在异常。通过本实施例的设置方式,可以排出与反光柱形状类型一致的物体对获取反光柱方程式所造成的影响,能够提高对反光柱检测的准确性,进而提高所获得行进路线的准确性。
上文中对拟合反光柱在平面坐标系中方程式的方法做了详细介绍,下面结合具体应用场景,对获取各反光柱所在位置的方法进行详细说明。
在一个应用场景中,获取各反光柱所在位置的方法包括:首先根据各反光柱在平面坐标系的方程式,得到各反光柱中心点在平面坐标系中的坐标;然后以将各反光柱中心点在平面坐标系中的坐标,作为相应反光柱的位置。下面以反光柱的形状为圆柱形为例,对本实施例的获取各反光柱所在位置的方法进行说明。由于反光柱的形状为圆柱形,因此其在平面坐标系中的形状为圆形,在得到反光柱在平面坐标系中的方程式后,获取其中各圆的圆心坐标,各圆的圆形坐标即为相应反光柱的中心点在平面坐标系中的坐标。本实施例的设置方式,将反光柱中心的位置作为反光柱的位置,与随机选取标志点作为反光柱位置的方式相比,可以减少参考线路的转折点,进而减少所得到的移动机器人行进线路的转折点,提高对移动机器人导航的可靠性。
上文中对获取反光柱所在位置的方法做了详细的介绍,下面结合具体应用场景,对获取参考线路的方法进行详细介绍。
在一个应用场景中,获取参考路线的方法包括:对各反光柱中心点的连线进行拟合,以得到参考路线在平面坐标系中的方程式。在本实施例的设置方式中,将各反光柱的中心点连接以得到参考线路后,以各反光柱中心点为分段节点对参考线路进行分段,然后获取各相邻分段节点之间直线段的方程式,从而得到参考线路各直线段的方程式,然后将其中延伸方向相同的方程式合并,得到整个参考线路的方程式。
以图2示出的应用场景为例,在该应用场景中设置有10个反光柱,个反光柱在平面坐标系的中心点分别为D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10,得到各中心点在平面坐标系中的坐标后,分别计算出中心点D1与D2、D2与D3、D3与D4、D4与D5、D5与D6、D6与D7、D7与D8、D8与D9、D9与D10之间直线在平面坐标系中的方程式。根据图2所示出的内容可知,由于中心点D1、D2、D3位于同一条直线,得到的D1与D2之间的直线段与D2与D3之间的直线段位于同一条直线,因此可以将中心点D1与D2、D2与D3之间直线段的方程式合并。同理,在对其它中心点进行拟合时,也将处于同一条直线上中心点的方程式合并。
另外,当两条相邻直线的斜率之差在设定斜率范围内时,也可以将两条直线合并成一条直线,并且该直线根据两端的两个中心点确定。例如中心点D1和D2之间直线的斜率与中心点D2和D3之间直线的斜率之差在设定斜率范围内时,将中心点D1和D2之间直线与中心点D2和D3之间直线合并,并且该合并后的直线根据中心点D1和中心点D3确定。在放置反光柱时,由于人工观察存在一定的偏差,摆放的反光柱位置也会与预期的位置出现偏差。而本实施例中将相邻两个斜率相近的直线合并为同一条直线,因此,即使在摆放反光柱时位置出现偏差,得到的参考线路也是一条直线。
在另一个应用场景中,根据参考路线得到移动机器人的行进路线的方法包括:首先获取参考路线在平面坐标系中的方程式;然后获取平面坐标系中与参考路线平行且最小距离为设定距离的路线,并将该路线作为移动机器人的行进路线。以图3所示出的应用场景为例,在得到参考路线L1中各直线段的方程式之后,分别得到与各直线段平行且距离为设定距离的直线段,然后以这些直线段的交点为转折点,即可得到移动机器人的行进路线。
第二方面,本发明还提供了一种基于反光柱的移动机器人的导航设备,如图4所示,该用基于反光柱的移动机器人的导航设备包括处理器、存储器、通信接口和通信总线,处理器、存储器和通信接口通过通信总线完成相互间的通信。处理器用于提供计算和控制能力。存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序指令。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序指令的运行提供环境。上述装置的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。本实施例所提供的基于反光柱的移动机器人的导航设备,其存储器用于存储计算机程序指令,该计算机程序指令被处理器执行时可以实现上述基于反光柱的移动机器人的导航方法的多个实施例。
根据本发明的又一方面,本发明还提供了一种计算机可读存储介质。本领域普通技术人员可以理解,实现上述基于反光柱的移动机器人的导航方法实施例中的全部或部分流程可以通过计算机程序指令来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序指令可以存储于非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序指令在执行时,可包括如上述各方法实施例的流程。其中,本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM以多种形式可得,诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
根据本说明书的上述描述,本领域技术人员还可以理解如下使用的术语,例如“上”、“下”、“中心”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的,其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的,而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作,因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。
另外,本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的,而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个或更多个等,除非另有明确具体地限定。
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例,但对于本领域技术人员显而易见的是,这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中,可以采用本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围,并因此覆盖这些权利要求保护范围内的模块组成、等同或替代方案。
Claims (10)
1.一种基于反光柱的移动机器人的导航方法,其特征在于,包括:
获取对各反光柱的检测结果,并根据所述检测结果得到各反光柱所在的位置;
将所述各反光柱所在的位置进行连线以得到参考路线;
根据所述参考路线得到移动机器人的行进路线。
2.根据权利要求1所述的基于反光柱的移动机器人的导航方法,其特征在于,所述对获取对各反光柱的检测结果包括:
获取反光柱的激光雷达检测点;
根据所述反光柱的形状对所述反光柱的激光雷达检测点进行拟合,以得到所述反光柱在平面坐标系的方程式。
3.根据权利要求2所述的基于反光柱的移动机器人的导航方法,其特征在于,所述获取反光柱的激光雷达检测点包括:获取设定区域的激光雷达检测点的亮度,将其中亮度大于设定亮度的激光雷达检测点作为所述反光柱的激光雷达检测点。
4.根据权利要求2所述的基于反光柱的移动机器人的导航方法,其特征在于,所述根据所述反光柱的形状对所述反光柱的激光雷达检测点进行拟合包括:采用最小二乘法对所述反光柱的激光雷达检测点进行拟合。
5.根据权利要求2所述的基于反光柱的移动机器人的导航方法,其特征在于,所述反光柱为圆柱,所述获取反光柱的激光雷达检测点还包括:
根据所述反光柱在平面坐标系的方程式得到所述反光柱的半径;
响应于所述反光柱的半径与预设半径相应,将该反光柱保留,否则将该反光柱删除。
6.根据权利要求2所述的基于反光柱的移动机器人的导航方法,其特征在于,所述得到各反光柱所在的位置包括:
根据所述反光柱在平面坐标系的方程式,得到其中心点在平面坐标系中的坐标;
以所述中心点在平面坐标系中的坐标为所述反光柱的位置。
7.根据权利要求6所述的基于反光柱的移动机器人的导航方法,其特征在于,所述将所述各反光柱所在的位置进行连线以得到参考路线包括:对各反光柱中心点的连线进行拟合,以得到所述参考路线。
8.根据权利要求1所述的基于反光柱的移动机器人的导航方法,其特征在于,所述根据所述参考路线得到移动机器人的行进路线包括:
获取所述参考路线在平面坐标系中的方程式;
获取所述平面坐标系中与所述参考路线平行且最小距离为设定距离的路线,并将该路线作为所述移动机器人的行进路线。
9.一种基于反光柱的移动机器人的导航设备,其特征在于,包括处理器和存储器,所述存储器用于存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令由所述处理器执行以实现如权利要求1-8任意一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,其特征在于,所述计算机程序指令被执行时,实现权利要求1-8任意一项所述的方法。
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