CN116300891A - 一种基于混合定位的自动跟随方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于混合定位的自动跟随方法及系统包括,设置超宽带信号标签于被跟随物表面,设置超宽带信号锚点于跟随物上表面,并将测距模块设置于跟随物的跟随方向表面;根据超宽带信号标签、超宽带信号锚点与测距模块数据进行三基站定位,并获取跟随角度;根据跟随角度确定跟随状态,结合跟随状态对跟随物进行跟随控制。本发明通过使用混合定位方案使跟随效果更稳定,更可靠,提升了用户的使用体验,降低了跟随机器人碰撞的风险。
Description
技术领域
本发明涉及混合定位技术领域,尤其涉及一种基于混合定位的自动跟随方法及系统。
背景技术
自动跟随系统是指机器人保持一定的距离和速度跟随行人,并辅助行人完成相关的社会生产活动。目前跟随技术主要采用超声波定位跟随、蓝牙定位跟随、超宽带射频信号(UWB)定位跟随等。但超声波存在衍射现象,定位不稳定,无法提供更精确的定位跟随服务;蓝牙定位依靠蓝牙信号进行三角定位,该方法的定位误差达到米级,也无法提供精确的定位跟随服务;而超宽带射频信号(UWB)定位,理论上的定位精度能达到分米级甚至厘米级,且硬件成本适中,是一种较为合适的定位跟随技术。UWB技术是一种基于信号的定位技术,在良好的环境下可以提供可靠的定位数据,但在较为复杂的室内环境下,非视距噪声和多径效应会使定位精度下降。
目前较多的优化算法基于UWB信号强弱,并且通过算法补偿多径效应所引起的误差,但这样会导致计算量增大,同时定位精度上也不能满足跟随的需求,这给跟随机器人的室内应用带来困难。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题,提出了本发明。
因此,本发明提供了一种基于混合定位的自动跟随方法及系统,能够解决上述背景技术中提到的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案,一种基于混合定位的自动跟随方法,包括:
设置超宽带信号标签于被跟随物表面,设置超宽带信号锚点于跟随物上表面,并将测距模块设置于跟随物的跟随方向表面;
根据所述超宽带信号标签、超宽带信号锚点与测距模块数据进行三基站定位,并获取跟随角度;
根据所述跟随角度确定跟随状态,结合所述跟随状态对跟随物进行跟随控制。
作为本发明所述的基于混合定位的自动跟随方法的一种优选方案,其中:所述超宽带信号锚点包括,锚点个数为三个,所述三个锚点呈等边三角形布置在跟随物的上表面,且等边三角形一个顶点指向直线跟随时的被跟随物,所述超宽带信号标签包括,标签个数为一个,所述测距模块识别范围之和能覆盖整个跟随物横宽。
作为本发明所述的基于混合定位的自动跟随方法的一种优选方案,其中:还包括,
判断所述跟随角度是否在直线跟随的阈值范围内;
若所述跟随角度不在阈值范围内,则根据所述三基站定位信息进行横纵向控制,直到所述跟随角度在直线跟随的阈值范围内;
若所述跟随角度在阈值范围内,则通过测距模块数据判断测距范围内是否存在障碍物;
若存在障碍物,则根据测距模块回传的信息进行避障或停障;
若不存在障碍物,则根据测距模块回传的距离信息进行纵向控制,此时不进行横向控制。
作为本发明所述的基于混合定位的自动跟随方法的一种优选方案,其中:所述三基站定位包括,
记三个锚点分别为A、B与C,且锚点C为指向直线跟随时的被跟随物的等边三角形定点,记E为被跟随物上标签所在位置点,D为E在三角形ABC所在平面上的投影,H为三角形ABC的中心,O为AB边中点,以O为原点建立空间直角坐标系,以三角形ABC所在平面为xoy面,xoz面包含边AB,OD为跟随距离,∠DHC为跟随角度;
其中,当AE与BE的值相等时,跟随角度∠DHC的值为0或2π。
作为本发明所述的基于混合定位的自动跟随方法的一种优选方案,其中:所述跟随状态包括直线跟随状态与非直线跟随状态,
所述直线跟随状态包括,跟随角度在第一阈值与第二阈值范围之间,所述阈值范围为第一阈值与第二阈值范围之间;
所述非直线跟随状态包括,跟随角度在第一阈值与第二阈值范围之外。
作为本发明所述的基于混合定位的自动跟随方法的一种优选方案,其中:所述阈值包括,
OD为跟随距离,记跟随物的横宽为d,所述第一阈值为2*arctan(d/2ODmin),所述第二阈值为2*arctan(d/2ODmax),所述ODmin为原点O距离跟随物的跟随方向表面的垂线距离,ODmax为测距模块所能测得的最大值。
作为本发明所述的基于混合定位的自动跟随方法的一种优选方案,其中:还包括,
在跟随物的跟随方向表面设置N个同类型测距模块,N为正整数,每个测距模块有固定检测区域,记为第N检测区域;
若N个检测区域均不存在突变,则根据回传跟随角度判断被跟随物所在区域,再根据该区域返回的距离值进行纵向控制,此时不进行横向控制。
若N个检测区域中某一区域存在突变,则根据回传跟随角度判断被跟随物所在区域,若突变区域和被跟随物所在区域不在同一区域,则根据行人所在区域的返回距离值进行纵向控制,此时不进行横向控制;
若突变区域和被跟随物所在区域属于同一区域,则被跟随物与跟随物之间存在障碍物,故进入停障,待障碍物离开跟随范围或人为介入,障碍物排除后,跟随物继续运行;
若发生突变区域按照检测区域位置顺序正序或逆序进行变动,且变动区域最低为两个区域,则认定此时存在横穿移动障碍物,且障碍物并未离开跟随范围,则根据测距模块回传的动态距离值,建立障碍物的移动轨迹,并根据此移动轨迹进行避障,避障完成后再次进入跟随;
所述障碍物的移动轨迹包括将每一时刻的距离值视为一个离散点,将离散点拟合成一条曲线,该曲线即为障碍物的移动轨迹。
一种基于混合定位的自动跟随系统,其特征在于:包括预设模块、定位与获取模块以及控制模块,
预设模块,所述预设模块用于设置超宽带信号标签于被跟随物表面,设置超宽带信号锚点于跟随物上表面,并将测距模块设置于跟随物的跟随方向表面;
定位与获取模块,所述定位与获取模块用于根据所述超宽带信号标签、超宽带信号锚点与测距模块数据进行三基站定位,并获取跟随角度;
控制模块,所述控制模块用于根据所述跟随角度确定跟随状态,结合所述跟随状态对跟随物进行跟随控制。
一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
本发明的有益效果:本发明提出一种基于混合定位的自动跟随方法及系统,本专利通过使用混合定位方案使跟随效果更稳定,更可靠,提升了用户的使用体验,降低了跟随机器人碰撞的风险;本专利在一些复杂的室内环境下,通过测距传感器辅助UWB信号定位,增加了定位可靠性,相比于传统的补偿算法,减少了系统的计算量,减少了系统的响应时间,提高了系统的实时性;安装于机器人前端的测距传感器不仅可以用于混合定位,还可以进行避障或停障,降低了机器人的制造成本,有效地减少了避障传感器的数量,还增加了跟随的稳定性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为本发明一个实施例提供的一种基于混合定位的自动跟随方法及系统的方法流程图;
图2为本发明一个实施例提供的一种基于混合定位的自动跟随方法及系统的三基站定位法示意图;
图3为本发明一个实施例提供的一种基于混合定位的自动跟随方法及系统的直线跟随的阈值计算图;
图4为本发明一个实施例提供的一种基于混合定位的自动跟随方法及系统的计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通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,都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中,需要说明的是,术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,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装置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、第二或第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定,术语“安装、相连、连接”应做广义理解,例如:可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接;同样可以是机械连接、电连接或直接连接,也可以通过中间媒介间接相连,也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1-4,为本发明的第一个实施例,该实施例提供了一种基于混合定位的自动跟随方法及系统,包括:
步骤102,设置超宽带信号标签于被跟随物表面,设置超宽带信号锚点于跟随物上表面,并将测距模块设置于跟随物的跟随方向表面;
其中,超宽带信号锚点包括,锚点个数为三个,三个锚点呈等边三角形布置在跟随物的上表面,且等边三角形一个顶点指向直线跟随时的被跟随物,超宽带信号标签包括,标签个数为一个,测距模块识别范围之和能覆盖整个跟随物横宽。
步骤104,根据超宽带信号标签、超宽带信号锚点与测距模块数据进行三基站定位,并获取跟随角度;
更进一步的,判断跟随角度是否在直线跟随的阈值范围内;
应说明的是,若跟随角度不在阈值范围内,则根据三基站定位信息进行横纵向控制,直到跟随角度在直线跟随的阈值范围内;
更进一步的,若跟随角度在阈值范围内,则通过测距模块数据判断测距范围内是否存在障碍物;
应说明的是,若存在障碍物,则根据测距模块回传的信息进行避障或停障;
更进一步的,若不存在障碍物,则根据测距模块回传的距离信息进行纵向控制,此时不进行横向控制。
应说明的是,三基站定位包括,记三个锚点分别为A、B与C,且锚点C为指向直线跟随时的被跟随物的等边三角形定点,记E为被跟随物上标签所在位置点,D为E在三角形ABC所在平面上的投影,H为三角形ABC的中心,O为AB边中点,以O为原点建立空间直角坐标系,以三角形ABC所在平面为xoy面,xoz面包含边AB,OD为跟随距离,∠DHC为跟随角度;
其中,当AE与BE的值相等时,跟随角度∠DHC的值为0或2π。
更进一步的,跟随状态包括直线跟随状态与非直线跟随状态,
应说明的是,直线跟随状态包括,跟随角度在第一阈值与第二阈值范围之间,阈值范围为第一阈值与第二阈值范围之间;
非直线跟随状态包括,跟随角度在第一阈值与第二阈值范围之外。
更进一步的,阈值包括,OD为跟随距离,记跟随物的横宽为d,第一阈值为2*arctan(d/2ODmin),第二阈值为2*arctan(d/2ODmax),ODmin为原点O距离跟随物的跟随方向表面的垂线距离,ODmax为测距模块所能测得的最大值。
步骤106,根据跟随角度确定跟随状态,结合跟随状态对跟随物进行跟随控制。
更进一步的,在跟随物的跟随方向表面设置N个同类型测距模块,N为正整数,每个测距模块有固定检测区域,记为第N检测区域;
应说明的是,若N个检测区域均不存在突变,则根据回传跟随角度判断被跟随物所在区域,再根据该区域返回的距离值进行纵向控制,此时不进行横向控制。
应说明的是,若N个检测区域中某一区域存在突变,则根据回传跟随角度判断被跟随物所在区域,若突变区域和被跟随物所在区域不在同一区域,则根据行人所在区域的返回距离值进行纵向控制,此时不进行横向控制;
更进一步的,若突变区域和被跟随物所在区域属于同一区域,则被跟随物与跟随物之间存在障碍物,故进入停障,待障碍物离开跟随范围或人为介入,障碍物排除后,跟随物继续运行;
更进一步的,若发生突变区域按照检测区域位置顺序正序或逆序进行变动,且变动区域最低为两个区域,则认定此时存在横穿移动障碍物,且障碍物并未离开跟随范围,则根据测距模块回传的动态距离值,建立障碍物的移动轨迹,并根据此移动轨迹进行避障,避障完成后再次进入跟随;
应说明的是,障碍物的移动轨迹包括将每一时刻的距离值视为一个离散点,将离散点拟合成一条曲线,该曲线即为障碍物的移动轨迹。
一种基于混合定位的自动跟随系统,其特征在于:包括预设模块、定位与获取模块以及控制模块,
预设模块,预设模块用于设置超宽带信号标签于被跟随物表面,设置超宽带信号锚点于跟随物上表面,并将测距模块设置于跟随物的跟随方向表面;
定位与获取模块,定位与获取模块用于根据超宽带信号标签、超宽带信号锚点与测距模块数据进行三基站定位,并获取跟随角度;
控制模块,控制模块用于根据跟随角度确定跟随状态,结合跟随状态对跟随物进行跟随控制。
上述各单元模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是终端,其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的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。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的运行提供环境。该计算机设备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。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于混合定位的自动跟随方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:
设置超宽带信号标签于被跟随物表面,设置超宽带信号锚点于跟随物上表面,并将测距模块设置于跟随物的跟随方向表面;
根据超宽带信号标签、超宽带信号锚点与测距模块数据进行三基站定位,并获取跟随角度;
根据跟随角度确定跟随状态,结合跟随状态对跟随物进行跟随控制。
实施例2
参照图1-4,为本发明的一个实施例,提供了一种基于混合定位的自动跟随方法及系统,为了验证本发明的有益效果,通过对比实验进行科学论证。
表1 2022年某月测试混合定位自动跟随的部分数据展示
本发明提出一种基于混合定位的自动跟随方法及系统,本专利通过使用混合定位方案使跟随效果更稳定,更可靠,提升了用户的使用体验,降低了跟随机器人碰撞的风险;本专利在一些复杂的室内环境下,通过测距传感器辅助UWB信号定位,增加了定位可靠性,相比于传统的补偿算法,减少了系统的计算量,减少了系统的响应时间,提高了系统的实时性;安装于机器人前端的测距传感器不仅可以用于混合定位,还可以进行避障或停障,降低了机器人的制造成本,有效地减少了避障传感器的数量,还增加了跟随的稳定性和可靠性。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现,例如,面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于混合定位的自动跟随方法,其特征在于:包括,
设置超宽带信号标签于被跟随物表面,设置超宽带信号锚点于跟随物上表面,并将测距模块设置于跟随物的跟随方向表面;
根据所述超宽带信号标签、超宽带信号锚点与测距模块数据进行三基站定位,并获取跟随角度;
根据所述跟随角度确定跟随状态,结合所述跟随状态对跟随物进行跟随控制。
2.如权利要求1所述的基于混合定位的自动跟随方法,其特征在于:所述超宽带信号锚点包括,锚点个数为三个,所述三个锚点呈等边三角形布置在跟随物的上表面,且等边三角形一个顶点指向直线跟随时的被跟随物,所述超宽带信号标签包括,标签个数为一个,所述测距模块识别范围之和能覆盖整个跟随物横宽。
3.如权利要求2所述的基于混合定位的自动跟随方法,其特征在于:还包括,
判断所述跟随角度是否在直线跟随的阈值范围内;
若所述跟随角度不在阈值范围内,则根据所述三基站定位信息进行横纵向控制,直到所述跟随角度在直线跟随的阈值范围内;
若所述跟随角度在阈值范围内,则通过测距模块数据判断测距范围内是否存在障碍物;
若存在障碍物,则根据测距模块回传的信息进行避障或停障;
若不存在障碍物,则根据测距模块回传的距离信息进行纵向控制,此时不进行横向控制。
5.如权利要求4所述的基于混合定位的自动跟随方法,其特征在于:所述跟随状态包括直线跟随状态与非直线跟随状态,
所述直线跟随状态包括,跟随角度在第一阈值与第二阈值范围之间,所述阈值范围为第一阈值与第二阈值范围之间;
所述非直线跟随状态包括,跟随角度在第一阈值与第二阈值范围之外。
6.如权利要求5所述的基于混合定位的自动跟随方法,其特征在于:所述阈值包括,
OD为跟随距离,记跟随物的横宽为d,所述第一阈值为2*arctan(d/2ODmin),所述第二阈值为2*arctan(d/2ODmax),所述ODmin为原点O距离跟随物的跟随方向表面的垂线距离,ODmax为测距模块所能测得的最大值。
7.如权利要求6所述的基于混合定位的自动跟随方法,其特征在于:还包括,
在跟随物的跟随方向表面设置N个同类型测距模块,N为正整数,每个测距模块有固定检测区域,记为第N检测区域;
若N个检测区域均不存在突变,则根据回传跟随角度判断被跟随物所在区域,再根据该区域返回的距离值进行纵向控制,此时不进行横向控制。
若N个检测区域中某一区域存在突变,则根据回传跟随角度判断被跟随物所在区域,若突变区域和被跟随物所在区域不在同一区域,则根据行人所在区域的返回距离值进行纵向控制,此时不进行横向控制;
若突变区域和被跟随物所在区域属于同一区域,则被跟随物与跟随物之间存在障碍物,故进入停障,待障碍物离开跟随范围或人为介入,障碍物排除后,跟随物继续运行;
若发生突变区域按照检测区域位置顺序正序或逆序进行变动,且变动区域最低为两个区域,则认定此时存在横穿移动障碍物,且障碍物并未离开跟随范围,则根据测距模块回传的动态距离值,建立障碍物的移动轨迹,并根据此移动轨迹进行避障,避障完成后再次进入跟随;
所述障碍物的移动轨迹包括将每一时刻的距离值视为一个离散点,将离散点拟合成一条曲线,该曲线即为障碍物的移动轨迹。
8.一种基于混合定位的自动跟随系统,其特征在于:包括预设模块、定位与获取模块以及控制模块,
预设模块,所述预设模块用于设置超宽带信号标签于被跟随物表面,设置超宽带信号锚点于跟随物上表面,并将测距模块设置于跟随物的跟随方向表面;
定位与获取模块,所述定位与获取模块用于根据所述超宽带信号标签、超宽带信号锚点与测距模块数据进行三基站定位,并获取跟随角度;
控制模块,所述控制模块用于根据所述跟随角度确定跟随状态,结合所述跟随状态对跟随物进行跟随控制。
9.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202310126848.8A CN116300891A (zh) | 2023-02-16 | 2023-02-16 | 一种基于混合定位的自动跟随方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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