JP2006026816A - ロボットの位置補正装置および位置補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】省配線で軽負荷、高速なロボットの位置補正装置および位置補正方法を提供する。
【解決手段】位置補正装置は、搬送物１１の各平面方向から撮像できる位置に配置したカメラ２ａ〜２ｃと、画像処理およびロボット１を制御する画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４と、搬送物１１の位置異常を検出するセンサ３ａ〜３ｆと、ロボット１、カメラ２ａ〜２ｃ、センサ３ａ〜３ｆ、および画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４を接続するための、画像データと制御データの両方が伝送可能なネットワーク７と、を備え、センサ３ａ〜３ｆが位置異常を検出した場合のみ、位置異常を検出した前記センサの位置に基づいて、平行移動および同一平面内での回転移動で位置補正可能な画像データを送信するカメラに切り替え、取得した画像データに基づいて位置補正データを生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像データに基づいて位置補正を行なうロボットの位置補正装置および位置補正方法に関する。

図５は、従来技術のロボットの位置補正装置を示す構成図である。
図５において、１はロボット、２はカメラ、５は画像処理装置、６はロボットコントローラ、８は汎用通信線、９はビデオ信号線、１０は専用制御線、１１は搬送物、１４は搬送部である。
以下、図５を用いて従来技術のロボットの位置補正装置の構成を説明する。
搬送部１４には、ロボット１とカメラ２が備えられている。ロボット１はロボットコントローラ６と専用制御線１０で接続されている。また、カメラ２は画像処理装置５とビデオ信号線９で接続され、画像処理装置５はロボットコントローラ６と汎用通信線８で接続されている（例えば、特許文献１参照）。
図６は、従来技術のロボットの位置補正方法を示すフロー図である。
以下、図５、６を用いて従来技術によるロボットの位置補正方法について説明する。
従来技術のロボットの位置補正装置では、搬送物１１が搬送された時点で、カメラ２からの画像信号がビデオ信号線９を介して画像処理装置５に入力され（ステップＳＴ１０１）、画像処理装置５は、この入力した画像信号をもとに位置補正データを生成する（ステップＳＴ１０２）。生成された位置補正データは、汎用通信線８を介してロボットコントローラ６へ出力される（ステップＳＴ１０３）。ロボットコントローラ６は、この位置補正データに従ってロボット１を制御することにより位置補正を行なっていた（ステップＳＴ１０４）。
このように、従来技術のロボットの位置補正装置および位置補正方法は、画像信号と制御データを別々の伝送媒体にて伝送し、画像処理とロボット制御とを別々の装置にて行なっていた。また、位置補正用の画像データをｘｙ平面方向のみのカメラを使用して取得していた。
特開平６−３５５３０号公報（第４図）

しかしながら、従来技術のロボットの位置補正装置および位置補正方法では、搬送部へのケーブルとして、ロボットコントローラ〜ロボット間の専用制御線と画像処理装置〜カメラ間のビデオ信号線を必要としているが、このビデオ信号線はカメラの台数分を必要とするため、カメラの増設、あるいは画像処理装置〜カメラ間の距離の増加にしたがって、配線コストも増加するという問題があった。また、搬送物が搬送される毎に画像処理が行なわれるので、通常時でも画像処理装置に負荷がかるという問題があった。さらに、位置補正用の画像を取得するカメラがｘｙ平面上にのみに設置されているため、位置補正による補正移動がｘｙ平面内で収まらない場合は位置補正演算が複雑になり、補正移動がｘｙ平面内で収まる場合と比較して、位置補正に時間がかかるという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、省配線で軽負荷、高速な位置補正が可能なロボットの位置補正装置および位置補正方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、搬送物に対し所定の作業を行なうためのロボットと、前記搬送物の画像データを取り込むための複数のカメラと、前記搬送物の位置異常を検出するための複数のセンサと、を有し、前記画像データに基づいて前記ロボットを制御して位置補正を行なう位置補正装置において、前記複数のカメラは、それぞれ前記搬送物の正面、平面および側面の３方向あるいは、前記搬送物が有する各平面方向から撮像できる位置に配置されたものであり、前記位置補正装置は、画像処理および前記ロボットを制御するための画像処理機能内蔵ロボットコントローラと、前記ロボット、前記カメラ、前記センサ、および、前記画像処理機能内蔵ロボットコントローラを接続するための、前記画像データと制御データの両方が伝送可能なネットワークと、を備え、前記センサにより位置異常を検出した場合のみ、位置異常を検出した前記センサの位置に基づいて前記カメラを切り替えて、その画像データを取得し、前記取得した画像データに基づいて位置補正データを生成し、搬送物の位置を補正するものであることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロボットの位置補正装置において、前記画像処理機能内蔵ロボットコントローラの代わりに、画像を処理するための画像処理装置と、前記ロボットを制御するためのロボットコントローラと、前記画像処理装置と前記ロボットコントローラを接続するための、前記画像データと制御データの両方が伝送可能なネットワークと、を備えたことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１および２に記載のロボットの位置補正装置において、前記センサは、反射式センサなど、前記搬送物との距離の異常を検出する機能を有するセンサであることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載のロボットの位置補正装置において、前記ネットワークは、ＩＥＥＥ１３９４であることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、搬送物に対し所定の作業を行なうためのロボットと、前記搬送物の画像データを取り込むための複数のカメラと、前記搬送物の位置異常を検出するための複数のセンサを有し、前記カメラが取り込む前記搬送物の画像データに基づいて前記ロボットを制御して位置補正を行なう位置補正装置における位置補正方法であって、 前記搬送物の搬送完了を確認するステップと、前記センサからの位置異常信号をチェックするステップと、位置異常を検出した場合のみ、前記位置異常信号を検出したセンサの位置に基づいて画像データを送信するカメラを切り替え、該カメラに対し画像データ送信を要求するステップと、要求を受けた前記カメラから前記搬送物の画像データを送信するステップと、取得した前記画像データに基づいて位置補正データを生成するステップと、前記生成した位置補正データに従って前記ロボットを動作させるステップと、を備えていることを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のロボットの位置補正方法において、前記センサからの位置異常信号をチェックするステップにおいて、前記チェックの結果、前記センサの全てが位置異常を検出している場合は、自動補正不可エラーとし、位置補正動作を終了するステップを備えていることを特徴としている。

請求項１記載の発明によると、通信媒体を共通のネットワークとすることにより、カメラ、ロボット、センサ、および画像処理機能内蔵ロボットコントローラをネットワークで接続出来るので、搬送部へのケーブル本数を減らすことが出来る。また、ネットワークは接続する順序に制限が無く自由に接続できるので、接続が容易である。また、画像処理装置とロボットコントローラの機能を一体化したことにより、画像処理装置とロボットコントローラ間の通信線を無くすことが出来る。
また、請求項２記載の発明によると、画像処理機能内蔵ロボットコントローラの代わりに、専用のＣＰＵを搭載した画像処理装置と、ロボットコントローラとに分割した場合においても、画像処理装置とロボットコントローラの通信媒体を共通のネットワークとすることにより、カメラ、ロボット、センサ、および画像処理装置、およびロボットコントローラをネットワークで接続出来るので、搬送部へのケーブル本数を減らすことが出来る。また、ネットワークは接続する順序に制限が無く自由に接続できるので、接続が容易である。
また、請求項３記載の発明によると、前記センサとして、反射式センサ等の位置異常を検出できるセンサを使用することにより、位置異常の検出が早く行なわれ高速な位置補正が可能である。
また、請求項４記載の発明によると、前記ネットワークとして高速デジタルシリアルインターフェースであるＩＥＥＥ１３９４を使用することにより高速な位置補正が可能である。
また、請求項５記載の発明によると、位置異常を検出した場合のみ画像データを画像処理機能内蔵ロボットコントローラへ送信、処理するので、通常時の通信負荷、画像処理負荷を軽くすることが出来る。さらに、位置異常を検出したセンサの位置によって、搬送物がどのような位置異常状態になっているかが判断でき、その状態から、平行移動および同一平面内での回転移動で位置補正可能な画像データを送信するカメラへ切り替えることにより、高速に位置補正することができる。
また、請求項６記載の発明によると、全ての位置異常検出用のセンサが位置異常を検出している場合は、自動で位置補正することは困難なので、自動補正不可エラーを発生させ、補正処理を終了することにより、無駄な補正処理の実行を防止し、通信負荷、画像処理負荷を軽くすることが出来る。
このように、本発明のロボットの位置補正装置および位置補正方法によると、省配線化により配線コストを削減でき、軽負荷化、高速化を実現できるのである。

以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施例のロボットの位置補正装置を示す構成図である。
図１において、１はロボット、２ａ〜２ｃはカメラ、３ａ〜３ｆは遮光式センサ、４は画像処理機能内蔵ロボットコントローラ、７は画像データと制御データの共通伝送媒体であるＩＥＥＥ１３９４などのネットワーク、１１は搬送物、１２ａ〜１２ｈは搬送物１１の頂点、１３ａ〜１３ｃはマーク、１４は搬送部である。なお、図１では搬送物１１が直方体の場合を示している。
以下、図１を用いて本発明の構成を説明する。
搬送部１４には、ロボット１、カメラ２ａ〜２ｃ、および遮光式センサ３ａ〜３ｆが設置されている。
画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４は、画像処理装置とロボットコントローラの機能を一体化したものである。
ロボット１と、カメラ２ａ〜２ｃと、遮光式センサ３ａ〜３ｆと、画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４は、ネットワーク７で接続されており、このネットワーク７を介して画像データおよび制御データが伝送される。尚、本実施例では、ネットワーク７を、遮光式センサ３ａ〜３ｆ、カメラ２ａ〜２ｃ、ロボット１、画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４の順に接続しているが、接続の順序に制限は無く自由に接続可能である。
搬送物１１には位置を認識するためのマーク１３ａ〜１３ｃがｘｙ平面、ｘｚ平面、ｙｚ平面にそれぞれ施されている。この搬送物１１のマーク１３ａ〜１３ｃを認識するため、カメラ２ａは搬送物１１のｘｚ平面方向からの画像データを、カメラ２ｂは搬送物１１のｙｚ平面方向からの画像データを、カメラ２ｃは搬送物１１のｘｙ平面方向からの画像データを送信できるように設置されている。
また、遮光式センサ３ａ〜３ｆは、搬送物１１のｘｙｚ軸方向の位置異常を検出するように配置される。すなわち、遮光式センサ３ａは搬送物１１のｚ軸と垂直に交わる面の対角線１２ａ−１２ｈの延長線方向、遮光式センサ３ｄは搬送物１１のｚ軸と垂直に交わる面の対角線１２ｃ−１２ｆの延長線方向、遮光式センサ３ｂは搬送物１１のｙ軸と垂直に交わる面の対角線１２ｄ−１２ｇの延長線方向、遮光式３ｃは搬送物１１のｙ軸と垂直に交わる面の対角線１２ｂ−１２eの延長線方向、遮光式センサ３ｅは搬送物１１のｘ軸と垂直に交わる面の対角線１２ａ−１２ｃの延長線方向、遮光式３ｆは搬送物１１のｘ軸と垂直に交わる面の対角線１２ｆ−１２ｈの延長線方向に配置されている。
本発明のロボットの位置補正装置の構成が図４の従来技術と相違する点は以下のとおりである。
すなわち、本発明は、ロボットの位置補正装置を構成する機器間のデータ伝送に共通のネットワーク７を使用するようにしている点と、従来、画像処理装置にあった画像データ処理機能をロボットコントローラに取り込み一体化した画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４としている点と、カメラ２ａ〜２ｃを搬送物１１のｘｙ、ｘｚ、ｙｚ平面の３方向から撮像できるように配置している点と、遮光式センサ３ａ〜３ｆを搬送物１１の位置異常を検出できる位置に配置している点である。

図２は、本発明のロボットの位置補正方法を示すフロー図である。
以下、図２を用いて本発明のロボットの位置補正方法を、遮光式センサ３ａ〜３ｄが「位置異常」、３ｅ、３ｆが「位置正常」となっている場合を例にとって説明する。
搬送完了信号を受信した（ステップＳＴ１）後、遮光式センサ３ａ〜３ｆからの位置異常信号をチェックする（ステップＳＴ２）。チェックの結果、遮光式センサ３ａ〜３ｄが「位置異常」、３ｅ、３ｆが「位置正常」となっているので、搬送物１１の状態は、ｙｚ平面と平行を保ちつつ位置異常となっていることがわかる。この場合、画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４は、搬送物１１が平行を保っているｙｚ平面上のカメラ２ｂに対し画像データの送信を要求する（ステップＳＴ３）。要求を受けたカメラ２ｂは、搬送物１１のマーク１３ｃの画像データを画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４へ送信する。画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４では、マーク１３ｃの画像データを取得し（ステップＳＴ４）て、位置補正では通常行なわれているパターンマッチング処理などが施され、位置補正データを生成する（ステップＳＴ５）。このときの位置補正は、ｙｚ平面上の単純な平行移動および回転移動であるので、パターンマッチング処理等で容易に位置補正データを演算することが可能であり、ｘｙ平面上のカメラからの画像データから位置補正データを演算する場合と比較して、高速に位置補正データを得ることができる。画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４は、生成した位置補正データを基にロボット１を制御して位置補正を行なう（ステップＳＴ６）。
同様に、遮光式センサ３ｂ、３ｃ、３ｅ、３ｆが「位置異常」、３ａ、３ｄが「位置正常」となっている場合、あるいは、遮光式センサ３ａ、３ｄ〜３ｆが「位置異常」、３ｂ、３ｃが「位置正常」となっている場合も、平行移動および回転移動の位置補正データを生成してロボット１を動作させる。また、全ての遮光式センサが「位置異常」になっている場合は、自動で位置補正することが困難なので、自動補正不可エラーを発生させ、位置補正動作を終了する（ステップＳＴ１１）。
図３は、位置異常を検出した場合の位置補正データ例を示す説明図である。
図３において、１３ｃはマーク、１５は基準点、θ１はθ軸補正量、ｙ１はｙ軸方向の位置補正量、ｚ１はｚ軸方向の位置補正量である。
以下、図３を用いて、搬送物がｙｚ平面と平行を保ちつつ位置異常となっている場合の位置補正データの例について説明する。
正常に搬送が完了した後のマーク位置を基準点１５の位置とすると、ロボット１と搬送物１１の座標系が一致している場合は、θ軸補正量θ１にてマークの向きを修正し、次に、ｙ軸方向の位置補正量ｙ１、ｚ軸方向の位置補正量ｚ１の補正を行なう。このように、ｙｚ平面上の単純な平行移動および回転移動によりロボット１の動作軌跡が補正される。

本実施例では、センサ３ａ〜３ｆとして遮光式センサを使用しているが、前記センサとして、例えば反射式センサを使用して、反射式センサと搬送物との距離の変化によって搬送物１１の位置異常を検出し、位置異常を検出した反射式センサの位置によって、画像データを送信するカメラを切り替え、平行移動および同一平面内での回転移動にて位置補正を行なうようにしても良い。このように、センサ３ａ〜３ｆは位置異常を検出することができるセンサであれば何を使用しても良い。

以上述べたように、本発明の第１実施例に係るロボットの位置補正装置および位置補正方法は、搬送物１１の各平面方向から撮像できる位置に配置した複数のカメラ２ａ〜２ｃと、画像処理機能を内蔵しロボット１を制御するための画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４と、搬送物１１の位置異常を検出するための複数のセンサ３ａ〜３ｆと、ロボット１、カメラ２ａ〜２ｃ、センサ３ａ〜３ｆ、および画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４を接続するための、画像データと制御データの両方が伝送可能なネットワーク７と、を備え、センサ３ａ〜３ｆが位置異常を検出した場合のみ、位置異常を検出した前記センサの位置に基づいて、平行移動および同一平面内での回転移動で位置補正可能な画像データを送信できるカメラに切り替え、その画像データに基づいて位置補正データを生成し、その位置補正データに従ってロボットを制御することにより搬送物１１の位置を補正するようにしているので、搬送部１４へのケーブル本数を減らすことができ、通常時の通信負荷、画像処理負荷を軽くすることができ、高速に位置補正することができる。また、画像処理装置とロボットコントローラの機能を一体化したことにより、画像処理装置とロボットコントローラ間の通信線を無くすことが出来る。

図４は本発明の第２実施例のロボットの位置補正装置を示す構成図である。
図４において、５は画像処理装置、６はロボットコントローラである。なお、図１と同じ説明符号の構成要素は、図１と同じ構成要素を示している。
本実施例が、図１の第１実施例と相違する点は以下のとおりである。
すなわち、第１実施例の構成要素である画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４の代わりに、本実施例では、専用のＣＰＵを搭載した画像処理装置５と、ロボットコントローラ６とに分割して、画像処理装置５とロボットコントローラ６を同一ネットワーク７上に接続するようにしている点である。
第１実施例と比較すると、本実施例の場合は、画像処理装置５とロボットコントローラ６間の通信線が必要となるが、画像処理装置５とロボットコントローラ６の通信媒体を共通のネットワーク７とすることにより、カメラ２ａ〜２ｃ、ロボット１、センサ３ａ〜３ｆ、および画像処理装置５、およびロボットコントローラ６をネットワーク７で接続出来るので、搬送部１４へのケーブル本数を減らすことが出来る。
また、ネットワーク７は接続する順序に制限が無く自由に接続できるので、接続が容易である。

以上述べたように、本発明の第２実施例に係るロボットの位置補正装置および位置補正方法は、搬送物１１の各平面方向から撮像できる位置に配置した複数のカメラ２ａ〜２ｃと、画像を処理するための画像処理装置５と、ロボット１を制御するためのロボットコントローラ６と、画像処理装置５とロボットコントローラ６を接続するための、画像データと制御データの両方が伝送可能なネットワーク７と、搬送物１１の位置異常を検出するための複数のセンサ３ａ〜３ｆと、ロボット１、カメラ２ａ〜２ｃ、センサ３ａ〜３ｆ、および画像処理機能内蔵ロボットコントローラ４を接続するための、画像データと制御データの両方が伝送可能なネットワーク７と、を備え、センサ３ａ〜３ｆが位置異常を検出した場合のみ、位置異常を検出した前記センサの位置に基づいて、平行移動および同一平面内での回転移動で位置補正可能な画像データを送信できるカメラに切り替え、その画像データに基づいて位置補正データを生成し、その位置補正データに従ってロボット１を制御することにより搬送物１１の位置を補正するようにしているので、専用のＣＰＵを搭載した画像処理装置５と、ロボットコントローラ６とに分割した場合でも、搬送部１４へのケーブル本数を減らすことができ、通常時の通信負荷、画像処理負荷を軽くすることができ、高速に位置補正することができる。

本発明は、自動搬送されてくる搬送物に対し所定の作業を行なうためのロボットを有する各種設備に広く適用可能である。

本発明の第１実施例のロボットの位置補正装置を示す構成図 本発明のロボットの位置補正方法を示すフロー図 位置異常を検出した場合の位置補正データ例を示す説明図 本発明の第２実施例のロボットの位置補正装置を示す構成図 従来技術のロボットの位置補正装置を示す構成図 従来技術のロボットの位置補正方法を示すフロー図

符号の説明

１ ロボット
２、２ａ〜２ｃ カメラ
３ａ〜３ｆ 遮光式センサ
４ 画像処理機能内蔵ロボットコントローラ
５ 画像処理装置
６ ロボットコントローラ
７ ネットワーク
８ 汎用通信線
９ ビデオ信号線
１０ 専用制御線
１１ 搬送物
１２ａ〜１２ｈ 搬送物の頂点
１３ａ〜１３ｃ マーク
１４ 搬送部
１５ 基準点
θ θ軸
θ１ θ軸補正量
ｘ ｘ軸
ｙ ｙ軸
ｙ１ ｙ軸方向の位置補正量
ｚ ｚ軸
ｚ１ ｚ軸方向の位置補正量

Claims (6)

1. 搬送物（１１）に対し所定の作業を行なうためのロボット（１）と、前記搬送物の画像データを取り込むための複数のカメラ（２ａ〜２ｃ）と、前記搬送物の位置異常を検出するための複数のセンサ（３ａ〜３ｆ）と、を有し、
   前記画像データに基づいて前記ロボット（１）を制御して位置補正を行なう位置補正装置において、
   前記複数のカメラ（２ａ〜２ｃ）は、それぞれ前記搬送物（１１）の正面、平面および側面の３方向あるいは、前記搬送物（１１）が有する各平面方向から撮像できる位置に配置されたものであり、
   前記位置補正装置は、
   画像処理および前記ロボットを制御するための画像処理機能内蔵ロボットコントローラ（４）と、
   前記ロボット（１）、前記カメラ（２ａ〜２ｃ）、前記センサ（３ａ〜３ｆ）、および、前記画像処理機能内蔵ロボットコントローラ（４）を接続するための、前記画像データと制御データの両方が伝送可能なネットワーク（７）と、を備え、
   前記センサ（３ａ〜３ｆ）により位置異常を検出した場合のみ、位置異常を検出した前記センサ（３ａ〜３ｆ）の位置に基づいて前記カメラ（２ａ〜２ｃ）を切り替えて、その画像データを取得し、前記取得した画像データに基づいて位置補正データを生成し、搬送物（１１）の位置を補正するものであることを特徴とするロボットの位置補正装置。
2. 前記画像処理機能内蔵ロボットコントローラ（４）の代わりに、
   画像を処理するための画像処理装置（５）と、
   前記ロボットを制御するためのロボットコントローラ（６）と、
   前記画像処理装置（５）と前記ロボットコントローラ（６）を接続するための、前記画像データと制御データの両方が伝送可能なネットワーク（７）と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のロボットの位置補正装置。
3. 前記センサ（３ａ〜３ｆ）は、反射式センサなど、前記搬送物（１１）との距離の異常を検出する機能を有するセンサであることを特徴とする請求項１または２に記載のロボットの位置補正装置。
4. 前記ネットワーク（７）は、ＩＥＥＥ１３９４であることを特徴とする請求項１乃至３に記載のロボットの位置補正装置。
5. 搬送物（１１）に対し所定の作業を行なうためのロボット（１）と、前記搬送物の画像データを取り込むための複数のカメラ（２ａ〜２ｃ）と、前記搬送物の位置異常を検出するための複数のセンサ（３ａ〜３ｆ）を有し、
   前記カメラ（２ａ〜２ｃ）が取り込む前記搬送物（１１）の画像データに基づいて前記ロボット（１）を制御して位置補正を行なう位置補正装置における位置補正方法であって、
   前記搬送物（１１）の搬送完了を確認するステップ（ＳＴ１）と、
   前記センサ（３ａ〜３ｆ）からの位置異常信号をチェックするステップ（ＳＴ２）と、
   位置異常を検出した場合のみ、前記位置異常信号を検出したセンサの位置に基づいて画像データを送信するカメラ（２ａ〜２ｃ）を切り替え、該カメラに対し画像データ送信を要求するステップ（ＳＴ３）と、
   要求を受けた前記カメラから前記搬送物（１１）の画像データを送信するステップ（ＳＴ４）と、
   取得した前記画像データに基づいて位置補正データを生成するステップ（ＳＴ５）と、
   前記生成した位置補正データに従って前記ロボット（１）を動作させるステップ（ＳＴ６）と、を備えていることを特徴とするロボットの位置補正方法。
6. 前記センサ（３ａ〜３ｆ）からの位置異常信号をチェックするステップ（ＳＴ２）において、
   前記チェックの結果、前記センサ（３ａ〜３ｆ）の全てが位置異常を検出している場合は、自動補正不可エラーとし、位置補正動作を終了するステップ（ＳＴ１１）を備えていることを特徴とする請求項５に記載のロボットの位置補正方法。

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