JP2005001081A - ロボットハンドの把持方法およびフィンガー - Google Patents

Abstract

【課題】部品の挿入作業や引き抜き作業を行うロボットハンドのフィンガーについて、部品あるいは作業によってハンドやフィンガーを交換することなく、小さなハンドで大きな挿入力あるいは引き抜き力を発生させるロボットハンドの把持方法およびフィンガーを提供することにある。
【解決手段】組み立ておよび分解を行うロボットハンドの把持方法において、作業を行うさいに部品から受ける反力によりフィンガー５の把持部５ａを傾斜させるロボットハンドの把持方法。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、嵌合部品の挿入や引き抜き作業を確実に行うことによって組み立てや分解を行うロボットハンドの把持方法およびフィンガーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットを用いた部品の組み立てや分解において、作業時に加わる力等を検出してロボット制御にフィードバックすることで部品のズレを吸収するものは従来から知られており（例えば、特許文献１参照）、また、そのさい種々の部品を安定的に把持する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１２３６８３号公報
【特許文献２】特開２００２−３７０１８８公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ロボットを用いた部品の組み立てや分解において、嵌合部品の挿入作業あるいは引き抜き作業を行う場合、ロボットとハンドの接続部分あるいはハンドのフィンガー部に作業反力を検出する力センサを設けて、検出された作業反力に基いてアームを制御することによって部品同士の位置や姿勢を合致させて作業する方法がある。
特許文献１においては、アプローチ開始位置から速度および力制御を行いながら設定アプローチ方向にロボットハンドで把持された嵌合部品を移動させ、嵌合部品と被嵌合部品が接触しその反力が設定閾値を超えると、設定された目標速度、目標力で嵌合挿入方向に嵌合部品を速度および力制御を行いながら移動させて嵌合を行わせる。
嵌合が完了する前に詰まりが生じると、設定された引き抜き目標力によって速度及び力制御を行いながら移動させて嵌合部品を被嵌合部品から引き抜く。設定時間内に嵌合作業が完了しないか、力誤差が所定の範囲内を超えた場合に詰まり発生と判断している。
しかしながら、嵌合部品の精度が高い場合や、部品表面の摩擦力が大きい場合、あるいは圧入作業のように部品を変形させながら挿入を行う場合には、上記のような方法で嵌合部品同士の位置・姿勢を合致させたとしても、大きな挿入力を必要とする。したがって、大きな挿入力を発生しうるハンドが必要となる。
このような場合、部品に合わせてフィンガーの形状を変えて機械的な突き当て部分をつくり挿入力を大きくする方法が一般的であるが、ひとつのハンドで形状の異なる種々の部品を扱うことができないという問題がある。
【０００４】
次に、種々の部品を安定的に把持する方法として、特許文献２が挙げられる。特許文献２においては、フィンガーに粉体を入れた袋状の粉体ホルダが設けられ、粉体ホルダには流量検出手段や粉体給排手段や封入量制御手段が係合している。適量の粉体を粉体ホルダに給排し適切な把持力で把持することによって、粉体ホルダが部品の形状に倣って変形しその形を維持しようとするため種々の形状の部品を安定的に把持できるものである。
しかしながら、特許文献２の方法では粉体ホルダは柔らかい素材でなければならないため大きな力がかかる作業を行うには耐久性や強度が不足するという問題があった。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、部品の挿入作業や引き抜き作業を行うロボットハンドのフィンガーについて、部品あるいは作業によってハンドやフィンガーを交換することなく、小さなハンドで大きな挿入力あるいは引き抜き力を発生させるロボットハンドの把持方法およびフィンガーを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、組み立ておよび分解を行うロボットハンドの把持方法において、作業を行うさいに部品から受ける反力によりフィンガーの把持部を傾斜させるロボットハンドの把持方法を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、組み立ておよび分解を行うロボットハンドのフィンガーにおいて、作業を行うさいに部品から受ける反力によりフィンガーの把持部を傾斜させる傾斜手段を有するロボットハンドのフィンガーを最も主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記部品を把持する把持部材と、前記ハンドと接続される根元部材と、前記把持部材に作用するスラスト方向の力を前記把持部材を傾斜させる力に変換する変換手段と、前記把持部材を初期位置へ戻す復帰手段とを有する請求項２記載のロボットハンドのフィンガーを主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記変換手段が、前記把持部材を長手方向へ摺動させる摺動案内手段と、前記根元部材に対して前記把持部材を傾斜させる回転案内手段と、前記把持部材の摺動運動を回転運動に変換する変換手段からなる請求項３記載のロボットハンドのフィンガーを主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記摺動案内手段と前記回転案内手段が前記把持部材または前記根元部材の一方に設けた円筒部と、他方に設けた前記円筒部が摺動可能な溝からなる請求項４記載のロボットハンドのフィンガーを主要な特徴とする。
【０００６】
請求項６記載の発明では、前記変換手段が、前記把持部材が摺動するさいに干渉するように前記根元部材に設けた接触部材である請求項４記載のロボットハンドのフィンガーを主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記変換手段が、ラックおよびピニオン機構である請求項４記載のロボットハンドのフィンガーを主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記復帰手段が、前記把持部材と前記根元部材を接続するばねである請求項３記載のロボットハンドのフィンガーを主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、前記把持部材と、前記根元部材と、前記把持部材に円弧状の動きをさせる円弧案内手段と、前記把持部材を初期位置へ戻す復帰手段とを有する請求項２記載のロボットハンドのフィンガーを主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、前記復帰手段が、前記把持部材と前記根元部材を接続するばねである請求項９記載のロボットハンドのフィンガーを主要な特徴とする。
請求項１１記載の発明では、前記把持部の表面に滑り防止手段を有する請求項１記載のロボットハンドのフィンガーを主要な特徴とする。
請求項１２記載の発明では、把持する部品によってフィンガーの向きを１８０度反転させる請求項１記載のロボットハンドの把持方法を主要な特徴とする。
請求項１３記載の発明では、前記フィンガーが、把持する部品によってフィンガーの向きを１８０度反転させる反転手段を有する請求項２記載のロボットハンドのフィンガーを主要な特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明は部品の挿入あるいは引き抜き作業中にフィンガーに生じる反力によりフィンガーを傾斜させることで挿入力と引き抜き力を増大させるように、フィンガーに作用するスラスト方向の力を、フィンガーを傾斜させる運動に変換する機構でフィンガーを構成した点が特徴的である。
図１は本発明におけるロボットハンドの把持方法とフィンガーを第１の状態で示す概略図である。図１はロボット１の先端に取り付けられたハンド２が嵌合部品３を把持した状態を示している。
図２は図１のロボットハンドの把持方法とフィンガーを被嵌合部品に挿入した第２の状態を示す概略図である。図２において、ロボット１先端のハンド２は嵌合部品３を把持しそれを被嵌合部品４の穴に挿入している。
嵌合部品３から受ける反力によってフィンガー５の嵌合部品３と接触する把持部５ａ（ゴムパッド５ｂを有する）が被嵌合部品４に対して末広がりに傾斜し、嵌合部品３側が広くなった状態となる。挿入作業の間は嵌合部品３からの反力が作用し、この状態のまま把持する。
【０００８】
図３は図１のロボットハンドの把持方法とフィンガーを被嵌合部品に挿入した第３の状態を示す概略図である。図３において、ロボット１先端のハンド２で組み立てられた嵌合部品３を把持しそれを被嵌合部品４の穴から引き抜く過程を示している。
嵌合部品３から受ける反力によってフィンガー５の嵌合部品３と接触する把持部５ａが被嵌合部品４に対して窄まるように傾斜し、嵌合部品３側が狭くなった状態となる。引き抜き作業の間は嵌合部品３からの反力が作用し、この状態のまま把持する。
挿入や引き抜き作業においては、部品間で挿入力や引き抜き力が発生するため部品とフィンガーの接触面でもスラスト方向の反力が発生する。その結果、このスラスト方向の反力を、把持部材を傾斜させる力に変換することによってアクチュエータを増やすことなく前記の動きが可能であり、また、必要な挿入力や引き抜き力が大きくなるほど把持部材を傾斜させる力を大きくすることができる。
【０００９】
図４は本発明によるフィンガーの第２の実施の形態を示す正面図である。図５は図４の線Ａ−Ａに沿うフィンガーの断面図である。図６は把持部材が紙面において内側に傾斜している状態を示す図５に対応する断面図である。図７は把持部材が紙面において外側に傾斜している状態を示す図５に対応する断面図である。
図４および図５において、把持部材２１の両側面から突出した円筒形の凸形状部（回転案内手段）２２は、図示しないハンドの可動部と接続される根元部材２３の上下方向へ延びる溝（摺動案内手段）２４内に摺動可能に組み込まれている。これにより把持部材２１は溝２４の長手方向への摺動と、凸形状部２２を中心とした回転が可能となる。
また、把持部材２１前側面に突設した上下２個の楔形状部（傾斜手段）２５ａ、２５ｂと根元部材２３の当接部（横棒＝傾斜手段、摺動部材））２６とが接している。各楔形状部２５ａ、２５ｂの対向する面は傾斜面となっており、上側の楔形状部２５ａの下面は上向きに傾斜し、下側の楔形状部２５ｂの上面は下向きに傾斜している。図６および図７で示すように、把持部材２１が長手方向（上下方向）の外力を受けて摺動すると各楔形状部２５ａ、２５ｂの傾斜面と当接部２６とが干渉するため、凸形状部２２を回転中心として把持部材２１が傾斜する。
さらに、把持部材２１と根元部材２３はばね２８を介して接続されているため、把持部材２１に長手方向の負荷が作用していないとき把持部材２１はばね２８の自然長の位置で保持される。
把持部材２１と根元部材２３がばね（復帰手段）２８で接続され、初期位置をばねの自然長の位置とすることで把持部材の位置によらず初期位置へ戻す力を発生させることができ、簡単な構成で初期位置への復帰が可能であるためフィンガーを小さくすることができる。
挿入や引き抜き作業を行うさいには図示しない部品３と把持部材２１の表面に設けたゴム２７（滑り防止手段）との摩擦により生じる把持部材２１の長手方向の反力で把持部材２１が傾斜する。即ち、図１等に示したロボット１はフィンガーを構成の根元部材２３側を、図１等に示したハンド２により保持し、把持部材２１を作動させ、作動部材２１の先端に設けたゴム２７によって部品３を把持する。
【００１０】
図８は本発明によるフィンガーの第３の実施の形態を示す正面図である。図９は図８の線Ａ−Ａに沿うフィンガーの断面図である。図１０は把持部材が紙面において外側に傾斜している状態を示す図９に対応する断面図である。図１１は把持部材が紙面において内側に傾斜している状態を示す図９に対応する断面図である。
図８ないし図１１は本発明におけるフィンガーの第３の実施の形態を示している。図８および図９において、把持部材２１は長穴２９ａを有し、図示しないハンドの可動部と接続される根元部材２３の軸部３０が摺動可能に組み込まれており、把持部材２１の長手方向の摺動と軸部３０を中心とした回転が可能である。
即ち、把持部材２１の基部側には所定の間隔を隔てて対向配置された２つの壁部２９を設け、各壁部２９の対応する位置には同形状の長穴２９ａが貫通形成されている。また、根元部材２３の内壁に突設した軸部３０がこれらの長穴２９ａ内に挿通されている。
また、軸部３０の先端にはピニオンギヤ（変換手段）３１の軸心部が固定されていて、把持部材２１のラック（変換手段）３２と噛み合うように配置されている。ピニオンギヤ３１の周面のギヤ部が接する把持部材２１の側面にはラック３２が形成されている。図１０および図１１で示すように、把持部材２１が長手方向への外力を受けて摺動するとラック３２とピニオンギヤ３１との噛み合いにより、軸部３０を回転中心として把持部材２１が傾斜する。
さらに、把持部材２１と根元部材２３はばね２８を介して接続されているため、把持部材２１に長手方向の負荷が作用していないとき把持部材２１はばね２８の自然長の位置で保持される。
挿入や引き抜き作業を行うさいには図示しない部品と把持部材２１の表面のゴム２７との摩擦により生じる把持部材２１の長手方向の反力で把持部材２１が傾斜する。
【００１１】
図１２は本発明によるフィンガーの第４の実施の形態を示す正面図である。図１３は図１２の線Ａ−Ａに沿うフィンガーの断面図である。図１４は把持部材が紙面において内側に傾斜している状態を示す図１３に対応する断面図である。図１５は把持部材が紙面において外側に傾斜している状態を示す図１３に対応する断面図である。
図１２および図１３において、把持部材２１は基部に設けた幅広部に円弧状穴（円弧案内手段）３３を有し、図示しないハンドの可動部と接続される根元部材２３の対向する内壁に設けた２つの凸部３４が円弧状穴３３内に摺動可能に組み込まれており、把持部材２１の円弧形状穴３３に沿った動きが可能である。
図１４および図１５に示すように把持部材２１が長手方向の外力を受けると、把持部材２１は円弧状穴３３に沿って動きその向きが傾斜する。また、把持部材２１と根元部材２３はばね２８を介して接続されているため、把持部材２１に長手方向の負荷が作用していないとき、把持部材２１はばね２８の自然長の位置で保持される。
挿入や引き抜き作業を行うさいには図示しない部品と把持部材２１の表面のゴム２７との摩擦により生じる把持部材２１の長手方向の反力で、この把持部材２１が傾斜する。
【００１２】
図１６は本発明におけるロボットハンドの把持方法とフィンガーの第５の実施の形態を第１の状態で示す概略図である。図１７は図１６のロボットハンドの把持方法とフィンガーの第５の実施の形態を第２の状態で示す概略図である。図１８は図１６のロボットハンドの把持方法とフィンガーを被嵌合部品に挿入した第３の状態で示す概略図である。
図１６ないし図１８において、フィンガー５は根元部に回転手段３５を有し、フィンガー５の向きを１８０度回転させることが可能である。図示のごとく嵌合部品３の外形を把持する場合には、嵌合部品３を挿入するさいにフィンガー５の根元方向への反力を受ける。
この反力によってフィンガー５先端が広くなる（図１７参照）ように傾斜し、嵌合部品３を引き抜くさいに受けるフィンガー５の先端方向への反力によりフィンガー５先端が狭くなる（図１８参照）ように傾斜する。
フィンガーの向きを変えることで、部品から受ける反力の方向に対してフィンガーが傾斜する方向を変えることができるため、１つのハンドで内径把持や外形把持に対して適した方向にフィンガーを傾斜させることができる。
【００１３】
図１９は嵌合部品の内径を把持する本発明におけるロボットハンドの把持方法とフィンガーの第５の実施の形態を第１の状態で示す概略図である。図２０は図１９のロボットハンドの把持方法とフィンガーの第５の実施の形態を第２の状態で示す概略図である。図２１は図１９のロボットハンドの把持方法とフィンガーを被嵌合部品に挿入した第３の状態で示す概略図である。
図１９ないし図２１に示すように、嵌合部品３の内径を把持する場合には、回転手段３５によりフィンガー５の向きを１８０度回転させる。そして、嵌合部品３を挿入するさいにフィンガー５の根元方向への反力を受ける。
この反力によってフィンガー５先端が狭くなる（図２０参照）ように傾斜し、嵌合部品３を引き抜くさいに受けるフィンガー５の先端方向への反力によりフィンガー５先端が広くなる（図２１参照）ように傾斜する。本発明は部品を一定の方向に付勢しながら固定する工具あるいは治具に応用できる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、作業中に部品から受ける反力によりフィンガーの把持部を傾斜させることで、部品に対してフィンガーが接触する角度が変わるため、表面の摩擦力だけではなく突き当てや引っ掛けによる力が発生できる。
請求項２によれば、作業中に部品から受ける反力によりフィンガーの把持部を傾斜させることで、部品に対してフィンガーが接触する角度が変わるため、表面の摩擦力だけではなく突き当てや引っ掛けによる力が発生できる。
請求項３によれば、挿入や引き抜き作業においては、部品間で挿入力や引き抜き力が発生するため部品とフィンガーの接触面でもスラスト方向の反力が発生する。その結果、このスラスト方向の反力を、把持部材を傾斜させる力に変換することによってアクチュエータを増やすことなく前記の動きが可能であり、また、必要な挿入力や引き抜き力が大きくなるほど把持部材を傾斜させる力を大きくすることができる。
請求項４によれば、挿入や引き抜き作業において部品とフィンガーの接触面で発生するスラスト方向の反力により把持部材を摺動させ、その動きを回転運動に変換させることで容易に把持部材を傾斜させることができる。
請求項５によれば、摺動案内手段と回転案内手段が円筒部材と溝の組み合わせであるから、簡単な構成でスライドと回転が実現でき、フィンガーを小さくすることができる。
請求項６によれば、変換手段が把持部材と接触部材の接触によるものであるから、簡単な構成で力の変換が可能であるため、フィンガーを小さくすることができる。
請求項７によれば、変換手段がラックアンドピニオン機構であるから、簡単な構成で力の変換が可能であるため、フィンガーを小さくすることができる。
【００１５】
請求項８によれば、把持部材と根元部材がばねで接続され、初期位置をばねの自然長の位置とすることで把持部材の位置によらず初期位置へ戻す力を発生させることができ、簡単な構成で初期位置への復帰が可能であるためフィンガーを小さくすることができる。
請求項９によれば、挿入や引き抜き作業においては、部品間で挿入力や引き抜き力が発生するため部品とフィンガーの接触面でもスラスト方向の反力が発生する。このスラスト方向の反力を利用して把持部材が円弧案内手段により移動することで、アクチュエータを増やすことなく把持部を傾斜させる動きを発生させることができ、また、必要な挿入力や引き抜き力が大きくなるほど把持部材を傾斜させる力を大きくすることができる。
請求項１０によれば、把持部材と根元部材がばねで接続され、初期位置をばねの自然長の位置とすることで把持部材の位置によらず初期位置へ戻す力が発生させることができ、簡単な構成で初期位置への復帰が可能であるためフィンガーを小さくすることができる。
請求項１１によれば、把持部表面の滑りが低減されるためより大きな摺動方向の反力を発生させることができるので、把持部材を傾斜させる力が大きくなる。
請求項１２によれば、フィンガーの向きを変えることで、部品から受ける反力の方向に対してフィンガーが傾斜する方向を変えることができるため、１つのハンドで内径把持や外形把持に対しても適した方向にフィンガーを傾斜させることができる。
請求項１３によれば、フィンガーの向きを変えることで、部品から受ける反力の方向に対してフィンガーが傾斜する方向を変えることができるため、１つのハンドで内径把持や外形把持に対して適した方向にフィンガーを傾斜させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるロボットハンドの把持方法とフィンガーを第１の状態で示す概略図である。
【図２】図１のロボットハンドの把持方法とフィンガーを被嵌合部品に挿入した第２の状態で示す概略図である。
【図３】図１のロボットハンドの把持方法とフィンガーを被嵌合部品に挿入した第３の状態で示す概略図である。
【図４】本発明によるフィンガーの第２の実施の形態を示す正面図である。
【図５】図４の線Ａ−Ａに沿うフィンガーの断面図である。
【図６】把持部材が紙面において内側に傾斜している状態を示す図５に対応する断面図である。
【図７】把持部材が紙面において外側に傾斜している状態を示す図５に対応する断面図である。
【図８】本発明によるフィンガーの第３の実施の形態を示す正面図である。
【図９】図８の線Ａ−Ａに沿うフィンガーの断面図である。
【図１０】把持部材が紙面において外側に傾斜している状態を示す図９に対応する断面図である。
【図１１】把持部材が紙面において内側に傾斜している状態を示す図９に対応する断面図である。
【図１２】本発明によるフィンガーの第４の実施の形態を示す正面図である。
【図１３】図１２の線Ａ−Ａに沿うフィンガーの断面図である。
【図１４】把持部材が紙面において内側に傾斜している状態を示す図１３に対応する断面図である。
【図１５】把持部材が紙面において外側に傾斜している状態を示す図１３に対応する断面図である。
【図１６】本発明におけるロボットハンドの把持方法とフィンガーの第５の実施の形態を第１の状態で示す概略図である。
【図１７】図１６のロボットハンドの把持方法とフィンガーの第５の実施の形態を第２の状態で示す概略図である。
【図１８】図１６のロボットハンドの把持方法とフィンガーを被嵌合部品に挿入した第３の状態で示す概略図である。
【図１９】嵌合部品の内径を把持する本発明におけるロボットハンドの把持方法とフィンガーの第５の実施の形態を第１の状態で示す概略図である。
【図２０】図１９のロボットハンドの把持方法とフィンガーの第５の実施の形態を第２の状態で示す概略図である。
【図２１】図１９のロボットハンドの把持方法とフィンガーを被嵌合部品に挿入した第３の状態で示す概略図である。
【符号の説明】
１ ロボット
２ ハンド
３ 部品（嵌合部品）
５ フィンガー、５ａ 把持部
２１ 把持部材
２２ 回転案内手段（円筒部）
２３ 根元部材
２４ 摺動案内手段（溝）
２５ 傾斜手段（楔形状部）
２６ 傾斜手段（当接部）
２７ 傾斜手段、滑り止め手段（ゴム）
２８ 復帰手段（ばね）
３１ ピニオン（変換手段）
３２ ラック（変換手段）
３３ 円弧案内手段（円弧状穴）
３５ 回転手段（１８０°反転手段）

Claims (13)

1. 組み立ておよび分解を行うロボットハンドの把持方法において、作業を行うさいに部品から受ける反力によりフィンガーの把持部材を傾斜させることを特徴とするロボットハンドの把持方法。
2. 組み立ておよび分解を行うロボットハンドのフィンガーにおいて、作業を行うさいに部品から受ける反力によりフィンガーの把持部材を傾斜させる傾斜手段を有することを特徴とするロボットハンドのフィンガー。
3. 前記部品を把持する把持部材と、前記ハンドと接続される根元部材と、前記把持部材に作用するスラスト方向の力を前記把持部材を傾斜させる力に変換する変換手段と、前記把持部材を初期位置へ戻す復帰手段とを有することを特徴とする請求項２記載のロボットハンドのフィンガー。
4. 前記変換手段が、前記把持部材を長手方向へ摺動させる摺動案内手段と、前記根元部材に対して前記把持部材を傾斜させる回転案内手段と、前記把持部材の摺動運動を回転運動に変換する変換手段と、からなることを特徴とする請求項３記載のロボットハンドのフィンガー。
5. 前記摺動案内手段と前記回転案内手段が前記把持部材または前記根元部材の一方に設けた円筒部と、他方に設けた前記円筒部が摺動可能な溝からなることを特徴とする請求項４記載のロボットハンドのフィンガー。
6. 前記変換手段が、前記把持部材が摺動するさいに干渉するように前記根元部材に設けた接触部材であることを特徴とする請求項４記載のロボットハンドのフィンガー。
7. 前記変換手段が、ラックおよびピニオン機構であることを特徴とする請求項４記載のロボットハンドのフィンガー。
8. 前記復帰手段が、前記把持部材と前記根元部材を接続するばねであることを特徴とする請求項３記載のロボットハンドのフィンガー。
9. 前記把持部材と、前記根元部材と、前記把持部材に円弧状の動きをさせる円弧案内手段と、前記把持部材を初期位置へ戻す復帰手段とを有することを特徴とする請求項２記載のロボットハンドのフィンガー。
10. 前記復帰手段が、前記把持部材と前記根元部材を接続するばねであることを特徴とする請求項９記載のロボットハンドのフィンガー。
11. 前記把持部の表面に滑り防止手段を有することを特徴とする請求項１記載のロボットハンドの把持方法。
12. 把持する部品によってフィンガーの向きを１８０度反転させることを特徴とする請求項１記載のロボットハンドの把持方法。
13. 前記フィンガーが、把持する部品によってフィンガーの向きを１８０度反転させる反転手段を有することを特徴とする請求項２記載のロボットハンドのフィンガー。

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