CN209215941U - 一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于水下检测装置技术领域,解决现有技术中仿生鱼操作系统的运行速率低、仿生鱼的水下运动灵活性不足、水下密封性能不足以及工作效率低的问题。一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统,包括上位机(13)和鱼群(14),鱼群(14)包括第一智能仿生鱼(15)和第二智能仿生鱼(16),上位机(13)只与第一智能仿生鱼(15)相互通信,第二智能仿生鱼(16)只与第一智能仿生鱼(15)相互通信,当上位机(13)与第一智能仿生鱼(15)断开通信时,鱼群(14)的单个体会以轮询的方式与附近的其他个体相互通信。具有高度的机动灵活性和水下密封性,多系统模块分担主要工作,且能够短时间内完成大批量水下作业。
Description
技术领域
本实用新型涉及水下检测装置技术领域,尤其是涉及一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统。
背景技术
仿生鱼是科学家们按照仿生学的原理设计,游动方式相似于普通的鲤鱼,鱼身在发动机的推动下来回摆动,并且利用鱼鳍和鱼尾来改变游动的方向,其游动速度可以达到每秒半米,这种仿生鱼的内部设置有探测传感器,可以自动检测水域中的各种污染物和采集水域其他物质的数据,当一条仿生鱼检测到某个水域中的污染物质时,仿生鱼就会通过GPS装置将数据实时传送给研究人员,研究人员会利用这些数据绘制实时的水域污染3D图,使环保部门能够采取最方便快捷的方法来清除污染的水域,仿生鱼也能够在水下搜寻和识别物品。
现阶段,虽然仿生鱼拥有许多技术优点,但是在需考虑环境因素和设备要求的前提下,仿生鱼普遍存在如下缺点:
1、仿生鱼操作系统的运行速率低,仿生鱼是集数据采集、图像识别和运动控制于一体的产物,其系统模块所承受的负担极大,需要配置成本昂贵的高性能系统模块;
2、仿生鱼水下运动的灵活性不足,急速的水流会影响仿生鱼的行进,仿生鱼如果无法灵活地避开或者利用水流,就无法进行良好的检测和搜寻,甚至会被水流冲击力损坏;
3、仿生鱼的水下密封性能不足,仿生鱼采用高度仿生设计,按照普通鱼的游动方式进行运动,鱼身摆动的关节处一般会采用柔性材料,利于仿生鱼游动前进,但是在水流、水压以及自身来回摆动的影响下,柔性材料容易受到一定程度的磨损,当柔性材料破损之后,水就会进入仿生鱼的内部,内部装置会被水浸泡损坏。
4、仿生鱼的工作效率低,单个仿生鱼在搜寻水下目标物品时,搜寻耗时长且搜寻准确度低,不适合大批量或者大范围的水下作业;
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统,其具有高度的机动灵活性和水下密封性,多系统模块分担主要工作,且能够短时间内完成大批量或者大范围的水下作业。
为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种实现图像匹配的智能仿生鱼,包括有鱼头、鱼身和鱼尾,鱼身的一端连接鱼头,鱼身的另一端连接鱼尾,鱼头的表面设有透明板,鱼头的内部设有图像处理装置和浮潜装置,鱼身的内部设有密封舱,密封舱设有左右平衡装置、转向装置、游动装置、控制装置和电池;
图像处理装置包括红外光点传感器模块和摄像头模块;
浮潜装置包括第一支座、第二支座、第一舵机、第一曲柄、第一配重块、第一导轨板、第一曲柄转轴和第一配重块移动轴,第二支座设置在第一支座的上方,两个第一导轨板分别设置在第一支座的两侧,第一舵机设置在第二支座的上方,第一舵机通过第一曲柄转轴连接第一曲柄,第一曲柄设有第一导轨孔,第一导轨板设有第二导轨孔,第一配重块移动轴穿过第一导轨孔和第二导轨孔并固接第一配重块;
密封舱设有通孔、滑槽、挡板和密封圈,挡板卡接滑槽,密封圈设置在挡板与密封舱之间;
左右平衡装置包括第二舵机、第二配重块、第二曲柄、第二配重块移动轴、第二导轨板和第二曲柄转轴,第二舵机通过第二曲柄转轴连接第二曲柄,第二曲柄设有第三导轨孔,第二导轨板设有第四导轨孔,第二配重块移动轴穿过第三导轨孔和第四导轨孔并固接第二配重块;
转向装置包括第三舵机和胸鳍,第三舵机连接胸鳍;
游动装置包括第四舵机、电机、尾鳍、尾鳍摆动杆、转动曲柄、传动轴、销轴、柔性连接件和限位元件,尾鳍摆动杆的一端连接第四舵机,尾鳍摆动杆的另一端通过柔性连接件连接尾鳍,转动曲柄的一端连接电机,转动曲柄的另一端通过销轴铰接传动轴的一端,限位元件固接密封舱,尾鳍摆动杆设有传动孔,限位元件设有第一限位孔和第二限位孔,尾鳍摆动杆穿过第一限位孔,传动轴的另一端穿过传动孔和第二限位孔;
控制装置包括主控制模块、舵机控制模块、电机驱动模块、稳压模块、无线通信模块、GPS模块和六轴传感器模块。
本实用新型的实现过程如下:包括上位机和鱼群,鱼群包括第一智能仿生鱼和第二智能仿生鱼,上位机只与第一智能仿生鱼相互通信,第二智能仿生鱼只与第一智能仿生鱼相互通信,当上位机与第一智能仿生鱼断开通信时,鱼群的单个体会以轮询的方式与附近的其他个体相互通信。
本实用新型设有图像处理装置和控制装置,图像处理装置负责图像识别和数据采集,控制装置负责本实用新型的运动控制和行进路线规划,双处理器协同工作,提高运动控制和图像处理的准确性,加快数据处理速度。
控制装置内部设有六轴传感器模块,六轴传感器模块能够感应到本实用新型当前的运动姿态,当水流冲击本实用新型并导致本实用新型当前的运动姿态发生改变时,控制装置就会对其他装置发出指令,使本实用新型进行一定程度的转向或者浮潜,图像处理装置包括有红外光点传感器模块,红外光点传感器模块能够识别四周环境,实现自动避开障碍物的功能,极大提高了本实用新型运动时的机动灵活性。
本实用新型采用分块密封的方式进行密封防水,本实用新型设有密封舱,需要密封防水的装置会放置在密封舱的内部,即使本实用新型的外壳关节处破损进水,也不会浸湿损坏内部装置。
以多鱼群的方式进行水下作业,上位机控制鱼群,鱼群呈空间网状结构分布,建立协同工作系统,鱼群可分为若干个小组,小组内都有一个第一智能仿生鱼和若干个第二智能仿生鱼,第一智能仿生鱼作为信息节点,负责数据汇集、数据处理以及数据转发,第二智能仿生鱼负责水下作业,上位机、第一智能仿生鱼和第二智能仿生鱼形成工作流水线,大大提高了工作效率和扩大了工作范围。
附图说明
图1是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的外部结构示意图;
图2是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的内部结构示意图之一;
图3是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的内部结构示意图之二;
图4是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的图像处理装置结构示意图;
图5是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的浮潜装置结构示意图;
图6是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的左右平衡装置结构示意图;
图7是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的转向装置结构示意图;
图8是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的游动装置结构示意图;
图9是图8中A处的局部剖视图;
图10是图8中B处的放大示意图;
图11是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的密封舱结构示意图;
图12是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统中控制装置的系统模块图;
图13是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的前进示意图;
图14是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的转向示意图;
图15是本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的通信系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行更进一步的描述。
如图1所示,本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统,包括有鱼头1、鱼身2和鱼尾3,鱼身2的一端连接鱼头1,鱼身2的另一端连接鱼尾3,鱼身2设有背鳍201,本实用新型的形状按照鱼类的外形来设计,本实用新型能够模仿鱼类的游动方式进行运动,具有完善的流体性能和高度的隐蔽性能。
如图1、图2、图3和图4所示,鱼头1的表面设有透明板4,鱼头1的内部设有图像处理装置5,透明板4不仅能够避免水浸湿图像处理装置5,而且有利于图像处理系统5内置的视觉系统对外界环境进行搜寻和识别,图像处理装置5包括红外光点传感器模块501和摄像头模块502,当红外光点传感器模块501捕捉到目标物体时,红外光点传感器模块501会反复扫描目标物体,摄像头模块502则会对目标物体进行拍摄,并且将目标物体的图与研究人员预先输入的图像进行匹配,当相似度高于设定的阈值时,摄像头模块502就会将目标物体的图像上传到研究人员控制的上位机。
鱼头1的内部设有浮潜装置6,鱼身2的内部设有密封舱7,密封舱7设有左右平衡装置8、转向装置9、游动装置10、控制装置11和电池12,浮潜装置6、左右平衡装置8、转向装置9、游动装置10以及控制装置11共同组成本实用新型的运动控制系统,浮潜装置6负责本实用新型的上浮或者下潜,左右平衡装置8和转向装置9负责本实用新型的转向运动,游动装置10会为本实用新型产生前进的动力和辅助本实用新型的转向运动,控制装置则是作为主控制中心,能够规划行进的路线和控制其他四个装置。
如图1、图2和图11所示,密封舱7设有通孔701、滑槽702、挡板703和密封圈704,挡板703卡接滑槽702,密封圈704设置在挡板703与密封舱7之间,挡板703在滑槽702的作用下挤压密封圈704,这种设计能够使挡板703和密封圈704之间不会有一丝缝隙,从而实现本实用新型内部装置的密封和防水。
如图1、图3和图5所示,浮潜装置6包括第一支座601、第二支座602、第一舵机603、第一曲柄604、第一配重块605、第一导轨板606、第一曲柄转轴607和第一配重块移动轴608,第二支座602设置在第一支座601的上方,两个第一导轨板606分别设置在第一支座601的两侧,第一舵机603设置在第二支座602的上方,第一舵机603通过第一曲柄转轴607连接第一曲柄604,第一曲柄604设有第一导轨孔609,第一导轨板606设有第二导轨孔610,第一配重块移动轴608穿过第一导轨孔609和第二导轨孔610并固接第一配重块605,当本实用新型需要下潜时,第一舵机603转动第一曲柄转轴607,第一曲柄转轴607使第一曲柄604的一端向鱼头1的前端位置移动,在第一曲柄604带动下,第一配重块605也会向鱼头1的前端位置移动,在第一配重块605的重量作用下,鱼头1会向下移动,本实用新型实现下潜的动作,当本实用需要上浮时,第一配重块605会向鱼身2的位置移动,鱼头1会向上移动,本实用新型实现上浮的动作。
如图1、图3和图6所示,左右平衡装置8包括第二舵机801、第二配重块802、第二曲柄803、第二配重块移动轴804、第二导轨板805和第二曲柄转轴806,第二舵机801通过第二曲柄转轴806连接第二曲柄803,第二曲柄803设有第三导轨孔807,第二导轨板805设有第四导轨孔808,第二配重块移动轴804穿过第三导轨孔807和第四导轨孔808并固接第二配重块802,第二舵机801转动第二曲柄803,在第二曲柄803的带动下,第二配重块802可以在鱼身2的两侧来回移动,这种设计使整个鱼身2进行一定程度的侧面偏移,有利于本实用新型的转向运动。
如图1、图3、图7和图14所示,转向装置9包括第三舵机901和胸鳍902,第三舵机901连接胸鳍902,第三舵机901和胸鳍902各设有2个,配对设置在鱼身2的两侧,当本实用新型需要转向时,第三舵机901会使胸鳍902进行摆动,由于胸鳍902摆动角度和摆动速度会影响本实用新型向后产生的作用力,因此当鱼身2一侧的胸鳍902的摆动角度较大或者摆动速度较快时,鱼身2一侧产生的作用力会比鱼身2另一侧要大,本实用新型就会向鱼身2的另一侧方向移动,从而实现整体的转向运动。
如图1、图3、图8、图9和图13所示,游动装置10包括第四舵机1001、电机1002、尾鳍1003、尾鳍摆动杆1004、转动曲柄1005、传动轴1006、销轴1007、柔性连接件1008和限位元件1009,尾鳍摆动杆1004的一端连接第四舵机1001,尾鳍摆动杆1004的另一端通过柔性连接件1008连接尾鳍1003,转动曲柄1005的一端连接电机1002,转动曲柄1005的另一端通过销轴1007铰接传动轴1006的一端,限位元件1009固接密封舱7,尾鳍摆动杆1004设有传动孔1010,限位元件1009设有第一限位孔1011和第二限位孔1012,尾鳍摆动杆1004穿过第一限位孔1011,传动轴1006的另一端穿过传动孔1010和第二限位孔1012,电机1002使转动曲柄1005转动,转动的转动曲柄1005会使传动轴1006左右两侧摆动,尾鳍摆动杆1004就会随着摆动的传动轴1006一起摆动,尾鳍1003在尾鳍摆动杆1004作用下产生本实用新型向前运动的作用力。
当本实用新型向前运动时,尾鳍摆动杆1004会位于第一限位孔1011的中心位置,并且在第一限位孔1011的范围内进行左右摆动,尾鳍1003摆动的作用力会与鱼身2形成一条直线,当本实用新型需要转向时,第四舵机1001会使尾鳍摆动杆1004移向鱼身2的一侧,然后尾鳍摆动杆1004只会在第一限位孔1011的一侧和中心位置之间进行摆动,尾鳍1003摆动的作用力就会位于鱼身2的一侧,作用力会帮助本实用新型向鱼身2一侧的方向移动。
如图8和图10所示,尾鳍摆动杆1004设有连接板1013,柔性连接件1008的一端固接连接板1013,柔性连接件1008的另一端固接尾鳍1003,柔性连接件1008的下方设有支撑板1014,柔性连接件1008和连接板1013之间设有第一隔板1015,柔性连接件1008和尾鳍1003之间设有第二隔板1016,柔性连接件1008的制作材料选用软滴胶,在尾鳍摆动杆1004摆动时,软滴胶的柔软性会尾鳍1003摆动的幅度更大,尾鳍1003产生的前进动力也会更大,极大提高了本用新型的工作效率。
如图12所示,控制装置11包括主控制模块1101、舵机控制模块1102、电机驱动模块1103、稳压模块1104、无线通信模块1105、GPS模块1106和六轴传感器模块1107,主控制模块1101是控制装置(11)的控制中心,用于管理和控制其他工作模块,舵机控制模块1102能够控制舵机的开启或者关闭,电机驱动模块1103能够控制电机1002的开启或者关闭,稳压模块1104能够控制电池12的放电量,无线通信模块1105能够与研究人员控制的上位机相互通信,GPS模块1106能够规划本实用新型行进路线,六轴传感器模块1107能够感应到本实用新型当前的运动姿态。
如图1-15所示,本实用新型一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统的工作原理:当红外光点传感器模块501的捕捉到检测目标时,控制装置11会计算本实用新型和检测目标之间的距离,并规划出最佳的路线,然后对运动装置发出指令,运动装置就会使本实用新型接近检测目标,接近检测目标之后,红外光点传感器模块501会反复扫描检测目标,摄像头模块502则会拍摄检测目标,两者都会匹配研究人员事先输入本实用新型的图像,当图像相似度超过设定的阈值时,摄像头模块502就会上传到研究人员控制的上位机,便于研究人员打捞和研究目标本体,图像处理和运动控制是由两个处理器分开处理,运动控制和图像识别的准确性以及数据处理速度相对较高。
控制装置11内部设有六轴传感器模块,六轴传感器模块能够感应到本实用新型当前的运动姿态,当激烈的水流冲击本实用新型并导致本实用新型当前的运动姿态发生改变时,控制装置11就会对运动装置发出指令,运动装置会使本实用新型迅速离开当前的位置,红外光点传感器模块501能够识别四周环境,实现自动避开障碍物的功能,极大提高了本实用新型运动时的机动灵活性。
上位机13控制鱼群14,呈空间网状结构分布的鱼群14建立协同工作系统,鱼群14可分为若干个小组,小组内都有一个第一智能仿生鱼15和若干个第二智能仿生鱼16,上位机13只会与第一智能仿生鱼15相互通信,上位机13主要接收由第一智能仿生鱼15处理的数据以及对第一智能仿生鱼15发送工作指令,第二智能仿生鱼16也只会与第一智能仿生鱼15相互通信,第二智能仿生鱼16负责水下的检测和搜寻工作,以及对第一智能仿生鱼15发送水下收集的数据,第一智能仿生鱼15则是负责把汇集的数据整理并发送到上位机13,以及转发上位机13的工作指令,上位机13、第一智能仿生鱼15和第二智能仿生鱼16都有明确的工作,三者形成了细长的工作流水线,提高了鱼群14的工作效率和扩大了鱼群14的工作范围。
当上位机13与第一智能仿生鱼15断开通信交流时,鱼群14的每个个体都会通过GPS模块搜寻附近的个体,个体会利用无线通信模块获取对方的IP地址,并且进行数据传输和数据备份,在上位机13重新连接通信之后,即使个体在失去上位机13控制期间丢失数据,上位机13也能从其他个体获取备份的数据,很好地保证数据的完整性。
Claims (7)
1.一种实现图像匹配的智能仿生鱼,包括有鱼头(1)、鱼身(2)和鱼尾(3),鱼身(2)的一端连接鱼头(1),鱼身(2)的另一端连接鱼尾(3),其特征在于:
鱼头(1)的表面设有透明板(4),鱼头(1)的内部设有图像处理装置(5)和浮潜装置(6),鱼身(2)的内部设有密封舱(7),密封舱(7)设有左右平衡装置(8)、转向装置(9)、游动装置(10)、控制装置(11)和电池(12);
图像处理装置(5)包括红外光点传感器模块(501)和摄像头模块(502);
浮潜装置(6)包括第一支座(601)、第二支座(602)、第一舵机(603)、第一曲柄(604)、第一配重块(605)、第一导轨板(606)、第一曲柄转轴(607)和第一配重块移动轴(608),第二支座(602)设置在第一支座(601)的上方,两个第一导轨板(606)分别设置在第一支座(601)的两侧,第一舵机(603)设置在第二支座(602)的上方,第一舵机(603)通过第一曲柄转轴(607)连接第一曲柄(604),第一曲柄(604)设有第一导轨孔(609),第一导轨板(606)设有第二导轨孔(610),第一配重块移动轴(608)穿过第一导轨孔(609)和第二导轨孔(610)并固接第一配重块(605);
密封舱(7)设有通孔(701)、滑槽(702)、挡板(703)和密封圈(704),挡板(703)卡接滑槽(702),密封圈(704)设置在挡板(703)与密封舱(7)之间;
左右平衡装置(8)包括第二舵机(801)、第二配重块(802)、第二曲柄(803)、第二配重块移动轴(804)、第二导轨板(805)和第二曲柄转轴(806),第二舵机(801)通过第二曲柄转轴(806)连接第二曲柄(803),第二曲柄(803)设有第三导轨孔(807),第二导轨板(805)设有第四导轨孔(808),第二配重块移动轴(804)穿过第三导轨孔(807)和第四导轨孔(808)并固接第二配重块(802);
转向装置(9)包括第三舵机(901)和胸鳍(902),第三舵机(901)连接胸鳍(902);
游动装置(10)包括第四舵机(1001)、电机(1002)、尾鳍(1003)、尾鳍摆动杆(1004)、转动曲柄(1005)、传动轴(1006)、销轴(1007)、柔性连接件(1008)和限位元件(1009),尾鳍摆动杆(1004)的一端连接第四舵机(1001),尾鳍摆动杆(1004)的另一端通过柔性连接件(1008)连接尾鳍(1003),转动曲柄(1005)的一端连接电机(1002),转动曲柄(1005)的另一端通过销轴(1007)铰接传动轴(1006)的一端,限位元件(1009)固接密封舱(7),尾鳍摆动杆(1004)设有传动孔(1010),限位元件(1009)设有第一限位孔(1011)和第二限位孔(1012),尾鳍摆动杆(1004)穿过第一限位孔(1011),传动轴(1006)的另一端穿过传动孔(1010)和第二限位孔(1012);
控制装置(11)包括主控制模块(1101)、舵机控制模块(1102)、电机驱动模块(1103)、稳压模块(1104)、无线通信模块(1105)、GPS模块(1106)和六轴传感器模块(1107)。
2.根据权利要求1所述的实现图像匹配的智能仿生鱼,其特征在于第三舵机(901)和胸鳍(902)各设有2个,配对设置在鱼身(2)的两侧。
3.根据权利要求2所述的实现图像匹配的智能仿生鱼,其特征在于尾鳍摆动杆(1004)设有连接板(1013),柔性连接件(1008)的一端固接连接板(1013),柔性连接件(1008)的另一端固接尾鳍(1003)。
4.根据权利要求3所述的实现图像匹配的智能仿生鱼,其特征在于柔性连接件(1008)的下方设有支撑板(1014)。
5.根据权利要求3所述的实现图像匹配的智能仿生鱼,其特征在于柔性连接件(1008)和连接板(1013)之间设有第一隔板(1015),柔性连接件(1008)和尾鳍(1003)之间设有第二隔板(1016)。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的实现图像匹配的智能仿生鱼,其特征在于鱼身(2)设有背鳍(201)。
7.一种根据权利要求1所述的实现图像匹配的智能仿生鱼的群体协同工作系统,其特征在于包括上位机(13)和鱼群(14),鱼群(14)包括第一智能仿生鱼(15)和第二智能仿生鱼(16),上位机(13)只与第一智能仿生鱼(15)相互通信,第二智能仿生鱼(16)只与第一智能仿生鱼(15)相互通信,当上位机(13)与第一智能仿生鱼(15)断开通信时,鱼群(14)的单个体会以轮询的方式与附近的其他个体相互通信。
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CN201920123008.5U CN209215941U (zh) | 2019-01-24 | 2019-01-24 | 一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统 |
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CN201920123008.5U CN209215941U (zh) | 2019-01-24 | 2019-01-24 | 一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统 |
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2019
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Cited By (2)
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CN109491407A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-03-19 | 广东海洋大学 | 一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统 |
CN109491407B (zh) * | 2019-01-24 | 2024-06-25 | 广东海洋大学 | 一种实现图像匹配的智能仿生鱼及其群体协同工作系统 |
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Legal Events
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GR01 | Patent grant | ||
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AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20190806 Effective date of abandoning: 20240625 |
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AV01 | Patent right actively abandoned |
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