JP2021104558A - 支持構造、ロボットおよびパラレルリンクロボット - Google Patents

支持構造、ロボットおよびパラレルリンクロボット Download PDF

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Abstract

【課題】洗浄や乾燥を容易かつ確実に行うことができ、衛生的に使用することができる支持構造を提供すること。【解決手段】リンク部材(棒状部材)12aと、リンク部材12aの周囲を囲んで配置されるクランプ部材81と、リンク部材12aとクランプ部材81との間に配置される弾性部材90と、を備え、クランプ部材81の内側に弾性部材90を介してリンク部材12aを支持する支持構造80aであって、弾性部材90は、非透液性の材質からなり、リンク部材12aとクランプ部材81との間に充填されている。【選択図】図4

Description

本発明は、棒状部材を支持する支持構造、該支持構造を備えるロボットおよびパラレルリンクロボットに関する。
近年、様々な産業分野で、三次元空間内での作業対象物の移動やハンドリングに好適なロボットとしてパラレルリンクロボットが用いられている。パラレルリンクロボットは、互いに並列に配置された複数のアームによって下端に配置される可動部を支持するパラレルリンク機構を備え、アクチュエータによって各アームを駆動制御することにより、可動部を三次元空間内の任意の位置に配置する。
パラレルリンクロボットとして、基礎部と、可動プレート(可動部)と、基礎部と可動プレートとを並列に連結する複数のアームと、基礎部に配置されてアームを駆動するアクチュエータと、を備え、アームは、アクチュエータによって駆動される駆動リンクと、関節により駆動リンクに連結される複数の受動リンクと、を備え、各受動リンクは、互いに平行な2つのリンク部材(棒状部材)を備えたパラレルリンクロボットが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示されるパラレルリンクロボットの1つのアームには、可動プレートに取り付けられた取付部材(手首軸)を駆動する手首用アクチュエータ、およびこの手首用アクチュエータをアームに固定する固定部材が設けられている。固定部材は、アームを構成する2つのリンク部材を支持するクランプ部品を備えている。クランプ部品は、リンク部材に嵌合する凹部材と、凹部材に嵌合したリンク部材を挟んで凹部材の反対側に配置される平板部材とを備え、平板部材と凹部材とをボルトで締め付けてリンク部材を固定する。
特開2019−038051号公報
上記特許文献1では、クランプ部品とリンク部材との間に隙間(空間)が空いている状態が認められる。このようにクランプ部品とリンク部材との間に空間が空いていると、その隙間を洗浄しにくいとともに隙間に洗浄液の液分が残りやすいという不都合が生じる。特にパラレルリンクロボットが食品工場で使用される場合、衛生管理の観点からそのような不都合は回避されなければならない。このため、洗浄や乾燥を容易かつ確実に行うことができ、衛生的に使用することができる構造が望まれている。
本開示の一態様に係る支持構造は、棒状部材と、前記棒状部材の周囲を囲んで配置されるクランプ部材と、前記棒状部材と前記クランプ部材との間に配置される弾性部材と、を備え、前記クランプ部材の内側に前記弾性部材を介して前記棒状部材を支持する支持構造であって、前記弾性部材は、非透液性の材質からなり、前記棒状部材と前記クランプ部材との間に充填されている。
一態様によれば、洗浄や乾燥を容易かつ確実に行うことができ、衛生的に使用することができる。
本開示の一実施形態に係るパラレルリンクロボットを示す斜視図である。 一実施形態に係るパラレルリンクロボットが備える固定部材の周辺部分を示す斜視図である。 上記固定部材の周辺部分を示す一部断面平面図である。 一実施形態に係る支持構造を示す斜視図である。 一実施形態に係る支持構造を示す分解斜視図である。 一実施形態に係る支持構造を構成するクランプ部材の本体部材を示す平面図である。 一実施形態に係る支持構造を構成するクランプ部材の本体部材を示す図であって、図6AのB−B断面図である。 一実施形態に係る支持構造を構成するクランプ部材の本体部材を示す正面図である。 一実施形態に係る支持構造を構成する弾性部材を示す平面図であって、弾性部材の分割体がリンク部材を挟持して合体した状態を示す。 一実施形態に係る支持構造を構成する弾性部材を示す平面図であって、分割体がリンク部材から離間した状態を示す。 本開示の弾性部材の変形例を示す平面図であって、分割面が合わせられてリンク部材を支持する状態を示す。 本開示の弾性部材の変形例を示す平面図であって、分割面が離間して開いた状態を示す。 クランプ部材の本体部材が備える位置決め部の変形例を示す図であって、本体部材の平面図である。 クランプ部材の本体部材が備える位置決め部の変形例を示す図であって、本体部材の正面図である。
(実施形態)
以下、本開示の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1は、本開示の一実施形態に係る支持構造を備えたパラレルリンクロボット1を示している。図1に示すように、パラレルリンクロボット1は、ハウジング8に収納される基礎部2と、円板形状を有する可動部3と、基礎部2と可動部3とを並列に連結する3つのアーム10a〜10cと、基礎部2に配置され各アーム10a〜10cを駆動する3つのアクチュエータ4a〜4cと、可動部3に取り付けられた取付け部9と、手首用アクチュエータ5と、手首用アクチュエータ5の駆動力を取付け部9に伝達するドライブシャフト7と、手首用アクチュエータ5をアーム10aに固定する固定部6と、ドライブシャフト7の途中に設けられたユニバーサルジョイントUJと、を備える。
なお、以下の説明において上下の方向に関する記載は、図1の配置に基づくものとする。また、「略平行」、「略直交」、「略長方形」等の略を用いた幾何学的条件を表現する用語は、それら表現に関する意味を厳密に特定せず、本実施形態の機能や効果を達成可能な範囲でそれらの幾何学的な条件に近いものを含むという意味である。
基礎部2は、円板形状を有する。基礎部2は、その外周部に、3つのアーム10a〜10cの後述する駆動リンク11a〜11cがそれぞれ配置される略長方形の切欠き部2aを有する。3つのアーム10a〜10cは、鉛直方向に延びる基礎部2の中心軸線回りの周方向に等間隔をおいて配置されている。
アクチュエータ4a〜4cおよび手首用アクチュエータ5は、サーボモータおよび減速機(いずれも不図示)を有する。各アクチュエータ4a〜4cは、連結された各アーム10a〜10cを、基礎部2の面方向に沿った水平な軸線回りにそれぞれ揺動させる。
各アクチュエータ4a〜4cの駆動が制御されることで、可動部3の位置が制御される。各アクチュエータ4a〜4cにより、可動部3の姿勢を基礎部2と平行に保ったままで、可動部3を移動させることができる。手首用アクチュエータ5は、ドライブシャフト7を介して、可動部3の中心軸線回りに取付け部9を回転駆動させる。手首用アクチュエータ5が制御されることで、可動部3に対する取付け部9の回転角度が制御され、取付け部9に取り付けられるエンドエフェクタ(不図示)の回転角度が制御される。
各アーム10a〜10cは同じ構成である。そこで、代表してアーム10aを説明して、アーム10b、10cの説明を簡略にする。アーム10aは、アクチュエータ4aに一端が取り付けられた駆動リンク11aと、駆動リンク11aの他端に一端が揺動可能に接続された受動リンク15aと、を備える。受動リンク15aの他端は、可動部3に揺動可能に接続されている。
受動リンク15aは、互いに平行な2本のリンク部材12a、13aを備える。リンク部材12a、13aは、中空の円管状部材である。リンク部材12a、13aは、本開示の棒状部材の一例を構成する。リンク部材12a、13aの一端および他端は、それぞれ駆動リンク11aおよび可動部3にボールジョイントBJを介して揺動自在に接続されている。ボールジョイントBJは、本開示の関節の一例を構成する。駆動リンク11a、可動部3および各2本のリンク部材12a、13aは、それぞれ平行4節リンクを構成する。駆動リンク11aに対する2本のリンク部材12a、13aの角度が変化しても、4つのボールジョイントBJを順番に直線で結んだ四角形は、常に平行四辺形となるように構成されている。
アーム10aと同じ構成を有するアーム10b、10cは、駆動リンク11aと同じ構成の駆動リンク11b、11cをそれぞれ有するとともに、受動リンク15aと同じ構成の受動リンク15b、15cをそれぞれ有する。受動リンク15b、15cは、リンク部材12a、13aと同じ構成のリンク部材12b、13bおよびリンク部材12c、13cをそれぞれ有する。
図2および図3に示すように、固定部6は、2つの締結具70によって互いに間隔をおいて略平行に固定された2枚の長板部材61、62と、長板部材61、62の両端部の間に配置されて各リンク部材12a、13aをそれぞれ支持する支持構造80a、80bと、を備える。
長板部材61、62は、2本のリンク部材12a、13aにわたる長さを有する板材である。長板部材61、62はリンク部材12a、13aに略直交して延在する状態で、手首用アクチュエータ5のやや下側に配置されている。締結具70は、長板部材61、62の間に配置される間隔部材71と、長板部材61、62に設けられた挿通孔(不図示)に挿通されて間隔部材71の両端部にねじ込まれる一対のボルトBT1と、を有する。間隔部材71は、長板部材61、62の間隔方向に沿って延在する筒状部材であって、内部にボルトBT1が螺合する雌ねじを有する。長板部材61、62の間に配置した間隔部材71に、上記挿通孔に通したボルトBT1をねじ込んで締結することにより、長板部材61、62は互いに間隔をおいて平行に固定される。
長板部材61、62の間には、手首用アクチュエータ5の先端(下端)に設けられたブラケットBCが配置されている。ブラケットBCは長板部材61、62に対し間隔部材71と略平行な回転軸SH1を介して相対回転可能に支持されている。回転軸SH1はブラケットBCに一体に設けられている。長板部材61、62は、回転軸SH1を回転可能に支持する軸受(不図示)を有する。
支持構造80a、80bは、リンク部材12a、13aをそれぞれ支持する。支持構造80a、80bは、同じ構成である。そこで、代表して支持構造80aを説明して、支持構造80bの説明を省略する。図2および図3に示す支持構造80bにおいては、支持構造80aと同じ構成要素については同じ符号を付している。
図3および図4に示すように、支持構造80aは、クランプ部材81と、弾性部材90と、を備える。本実施形態においては、支持構造80aは更にリンク部材12aを含んで構成される。
クランプ部材81は、リンク部材12aの周囲を囲んで配置される。図5に示すように、クランプ部材81は、リンク部材12aが内側に配置されるコ字状の本体部材82と、本体部材82の内側に配置されるリンク部材12aを挟んで本体部材81と反対側に配置される長方形状の平板部材87と、平板部材87を本体部材82に締め付けて固定するボルトBT2と、を有する。
図5および図6A〜図6Cに示すように、本体部材82は、互いに略平行に対向する一対の側板部83と、側板部83の一端部どうしを連結する中板部84と、弾性部材90をクランプ部材81の内側に位置決めする位置決め部85と、を有する。
位置決め部85は、本体部材82の内側に突出する上下一対の突起85aを含んで構成される。突起85aは、一方の側板部83から中板部84を経て他方の側板部83に至る本体部材82の内側縁部に沿ってそれぞれコ字状に延在している。突起85aは、本体部材82と一体に設けられている。クランプ部材81の本体部材82の内側には、一対の突起85aで囲まれる凹所85bが形成される。この凹所85bに、弾性部材90が嵌合される。
図3に示すように、クランプ部材81の本体部材82は、長板部材61、62の端部に対し、回転軸SH1と平行な回転軸SH2を介して相対回転可能に支持されている。回転軸SH2は、例えば軸固定部(不図示)を介して各側板部83に設けられる。図2に示すように、長板部材61、62は、回転軸SH2を回転可能に支持する軸受BRを有する。
図5に示すように、平板部材87の長手方向両端部には、ボルトBT2が挿通する挿通孔87aが1つずつ設けられている。本体部材82の各側板部83の端面83aには、ボルトBT2がねじ込まれるねじ孔83bが設けられている。
弾性部材90は、全体として直方体のブロック形状を有する。弾性部材90は、例えば各種ゴム等の、弾性および非透液性を有する材質のものが用いられる。本実施形態の弾性部材90を構成するゴムの種類は限定されないが、例えばウレタンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の、シール材に用いられるゴムが好適とされる。
図7Aおよび図7Bに示すように、本実施形態に係る弾性部材90は、中心に円筒形状の孔90aを有する直方体状のブロックが二等分に分割された2つの分割体91で構成される。図7Bに示すように、各分割体91は、半円弧状の凹面91aと、凹面91aの両側の平坦な分割面91bと、を有する。2つの分割体91の分割面91bを互いに合わせることにより、図7Aに示すように各凹面91aの内側に孔90aが形成される。リンク部材12aは、この孔90aに同軸状に配置され、かつ、その外周面が凹面91aの全面に密着した状態で支持される。
図7Aは、2つの分割体91が合体して弾性部材90が構成された状態を示す。2つの分割体91の各分割面91bは、一対の凹面91aで形成される孔90aの内周面90bから、互いに平行な一対の側面90cにわたる2つの切れ目90dが設けられることにより形成される。内周面90bは本開示の棒状部材への対向面の一例を構成し、側面90cは本開示のクランプ部材への対向面の一例を構成する。図7Bに示すように、各分割体91の互いに対向する一対の分割面91bを離間させることにより、弾性部材90はリンク部材12aに対しリンク部材12aの延在方向に略直交する方向に着脱可能に装着される。
2つの分割体91が合体してなる弾性部材90は、クランプ部材81の本体部材82の凹所85b内に、上下の突起85aによりガイドされて嵌合するようになっている。弾性部材90は、中心の孔90aが本体部材82で塞がれない状態に本体部材82の内側に嵌合される。本体部材82の各端面83aに平板部材87を合わせ、各挿通孔87aに挿通したボルトBT2を各ねじ孔83bにねじ込んで平板部材87を本体部材82に締結することにより、クランプ部材81が組み立てられた状態となる。
リンク部材12aは、支持構造80aの弾性部材90の孔90a内に配置されて支持される。リンク部材12aを支持構造80aで支持する手順は、次の通りである。はじめに、長板部材61、62に回転軸SH2を介して支持されている本体部材82の凹所85bに、弾性部材90の一方の分割体91を嵌合させる。次いで、その分割体91の凹面91bにリンク部材12aの外周面を合わせた後、もう一方の分割体91を本体部材82の内側に嵌合して凹面91bをリンク部材12aの外周面に密着させる。次いで、平板部材87を本体部材82にボルトBT2で締結する。
このように支持構造80aでリンク部材12aを支持した状態において、弾性部材90は、リンク部材12aとクランプ部材81との間に充填されている。すなわち、弾性部材90は、クランプ部材81に対向する面の全面が、クランプ部材81の内面に隙間なく密着している。ここでいうクランプ部材81の内面は、弾性部材90が嵌合する凹所85bを形成する本体部材82の側板部83、中板部84および突起85aの内面と、平板部材87の内面である。弾性部材90は弾性により圧縮された状態でクランプ部材81の内側に充填されると、クランプ部材81の内面への密着度が高くなるため好ましい。
上記構成を備えた本開示の一実施形態に係るパラレルリンクロボット1は、以下の効果を奏する。
パラレルリンクロボット1が備える支持構造80a、80bは、リンク部材12a、13aと、リンク部材12a、13aの周囲を囲んで配置されるクランプ部材81と、リンク部材12a、13aとクランプ部材81との間に配置される弾性部材90と、を備え、クランプ部材81の内側に弾性部材90を介してリンク部材12a、13aを支持し、弾性部材90は、非透液性の材質からなり、リンク部材12a、13aとクランプ部材81との間に充填されている。
これにより、弾性部材90とリンク部材12a、13aとの間、および弾性部材90とクランプ部材81との間には、いずれもリンク部材12a、13aの周囲全周にわたって隙間は存在せず、互いに密着している。このため、パラレルリンクロボット1を洗浄液等の液体を用いて洗浄した場合、隙間があることによって洗浄しにくくなったり、洗浄後において液分が隙間に残存したりするといった不都合なことが起こりにくい。この点は、特に食品工場等の高い衛生度が求められる環境で使用される場合に有効である。したがって、支持構造80a、80bは、洗浄や乾燥を容易かつ確実に行うことができ、衛生的に使用することができる。
弾性部材90は、リンク部材12a、13aに、リンク部材12a、13aの延在方向に略直交する方向に着脱可能に装着される。
これにより、弾性部材90を着脱しやすく、支持構造80a、80bに対して清掃や点検等のメンテナンスを容易に行うことができる。
弾性部材90は、リンク部材12a、13aへの対向面である内周面90bからクランプ部材81への対向面である側面90cにわたる少なくとも1つの切れ目90dが設けられることにより互いに対向する一対の分割面91bを有し、この一対の分割面91bを離間させることによりリンク部材12a、13aに着脱可能に装着される。本実施形態では、弾性部材90は、切れ目90dを2つ有することにより、2つの分割体91で構成される。
これにより、リンク部材12a、13aの延在方向に略直交する方向に着脱可能に装着され得る弾性部材90を、簡素な構成で得ることができるとともに、着脱を容易に行うことができる。
支持構造80a、80bは、弾性部材90をクランプ部材81に位置決めする位置決め部85を備える。
これにより、弾性部材90はクランプ部材81の内側で位置決め部85により固定状態が保持され、弾性部材90の位置ずれや脱落を抑制することができる。
位置決め部85は、クランプ部材81に設けられる突起85aを含み、弾性部材90は、突起85aによりクランプ部材81の内側にガイドされてクランプ部材81に装着される。
これにより、弾性部材90をクランプ部材81に装着しやすく、かつ、装着した位置が突起85aにより保持される。
上記一実施形態に係るパラレルリンクロボット1は、1つ以上のボールジョイントBJと、ボールジョイントBJにより連結される2つ以上のリンク部材12a、13aと、を備えるロボットであって、リンク部材12a、13aは支持構造80a、80bでそれぞれ支持される。より詳しくは、基礎部2と、可動部3と、基礎部2と可動部3とを並列に連結する複数のアーム10a〜10cと、基礎部2に配置されてアーム10a〜10cをそれぞれ駆動するアクチュエータ4a〜4cと、を備え、アーム10a〜10cは、アクチュエータ4a〜4cによってそれぞれ駆動される駆動リンク11a〜11cと、ボールジョイントBJにより駆動リンク11a〜11cにそれぞれ連結される受動リンク15a〜15cと、を備え、受動リンク15a〜15cは、互いに平行な2つ(一対)のリンク部材12a・13a、12b・13b、12c・13cをそれぞれ備え、リンク部材12a・13a、12b・13b、12c・13cの少なくとも1つが、支持構造80a、80bで支持される。本実施形態では、受動リンク15aの2つのリンク部材12a・13aが支持構造80a、80bで支持されている。
これにより、パラレルリンクロボット1は、支持構造80a、80bにおける弾性部材90とリンク部材12a、13aとの間、および弾性部材90とクランプ部材81との間には、いずれもリンク部材12a、13aの周囲全周にわたって隙間は存在せず、互いに密着している。このため、パラレルリンクロボット1を洗浄液等の液体を用いて洗浄した場合、隙間があることによって洗浄しにくくなったり、洗浄後において液分が隙間に残存したりするといった不都合なことが起こりにくい。この点は、特に食品工場等の高い衛生度が求められる環境で使用される場合に有効である。したがって、パラレルリンクロボット1は、洗浄や乾燥を容易かつ確実に行うことができ、衛生的に使用することができる。
(変形例)
次に、上記一実施形態の一部を変形させた変形例を説明する。以下の説明において、上記一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、主に相違点について説明する。
図8Aおよび図8Bは、弾性部材90の変形例を示している。この弾性部材90は、図8Aに示すように、リンク部材12a、13aが配置される孔90aの内周面90bから1つの側面90cにわたり1つの切れ目90dが設けられている。弾性部材90は、切れ目90dによって、図8Bに示すように互いに対向する一対の分割面91bを有する。弾性部材90は、図8Bに示すように弾性変形させて分割面91bを離間させることにより、離間した分割面91bの間にリンク部材12a、13aを通すことができる。これにより弾性部材90は、リンク部材12a、13aに対しリンク部材12a、13aの延在方向に略直交する方向に着脱することができる。
この変形例の弾性部材90によれば、2つまたはそれ以上の数に分割される分割体で構成されるのではなく、1つの部材で弾性部材90が構成されるので、部品点数を少なくすることができる。
図9Aおよび図9Bは、クランプ部材81の本体部材82に設けられる位置決め部85の変形例を示している。この場合の位置決め部85は、本体部材82と別体のコ字状の棒材86を含んで構成されている。上記実施形態では、突起85aが本体部材82に一体に設けられていた。これに対し、この変形例は、棒材86が本体部材82と別体である点において、上記実施形態と異なっている。棒材86は、接着やねじ留め等の方法で本体部材82に設けられる。なお、コ字状の棒材86は一体でもよく、各直線部分に分割される3本の棒状部材で構成されてもよい。
位置決め部85がこのように別体であると、本体部材82の内側の面は平坦であればよいので、本体部材82を作製しやすいという製造上の利点がある。
本開示は、上記実施形態に制限されることなく適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態のロボットは3つのアーム10a〜10cを備えるいわゆるデルタ型のパラレルリンクロボットであるが、それ以外のロボットであってもよい。例えば、4本以上または2本のアームを備えるパラレルリンクロボットであってもよいし、並列のアームを備えないシリアルリンクロボットであってもよい。
ロボットとしては、1つ以上の関節(ボールジョイント等)と、関節により連結される2つ以上の棒状部材(リンク部材等)と、を備えるロボットであってよい。
本開示の支持構造は、上記のようなロボットへの適用に限定はされない。また、本開示の支持構造は、クランプ部材の内側に弾性部材を介して棒状部材を支持する構造であれば、上記実施形態の形状や組み合わせ等に限定されずその態様は限定されない。
1 パラレルリンクロボット(ロボット)
2 基礎部
3 可動部
4a、4b、4c アクチュエータ
10a、10b、10c アーム
11a、11b、11c 駆動リンク
12a、12b、12c、13a、13b、13c リンク部材(棒状部材)
15a、15b、15c 受動リンク
80a、80b 支持構造
81 クランプ部材
85 位置決め部
85a 突起
90 弾性部材
90b 内周面(対向面)
90c 側面(対向面)
90d 切れ目
91 分割体
91b 分割面
BJ ボールジョイント(関節)

Claims (8)

  1. 棒状部材と、
    前記棒状部材の周囲を囲んで配置されるクランプ部材と、
    前記棒状部材と前記クランプ部材との間に配置される弾性部材と、を備え、
    前記クランプ部材の内側に前記弾性部材を介して前記棒状部材を支持する支持構造であって、
    前記弾性部材は、非透液性の材質からなり、前記棒状部材と前記クランプ部材との間に充填されている、支持構造。
  2. 前記弾性部材は、前記棒状部材に、該棒状部材の延在方向に略直交する方向に着脱可能に装着される、請求項1に記載の支持構造。
  3. 前記弾性部材は、前記棒状部材への対向面から前記クランプ部材への対向面にわたる少なくとも1つの切れ目が設けられることにより互いに対向する一対の分割面を有し、該一対の分割面を離間させることにより前記棒状部材に着脱可能に装着される、請求項2に記載の支持構造。
  4. 前記弾性部材は、前記切れ目を少なくとも2つ有することにより、少なくとも2つの分割体で構成される、請求項3に記載の支持構造。
  5. 前記弾性部材を前記クランプ部材に位置決めする位置決め部を更に備える、請求項1〜4のいずれかに記載の支持構造。
  6. 前記位置決め部は、前記クランプ部材に設けられる突起を含み、
    前記弾性部材は、前記突起により前記クランプ部材の内側にガイドされて該クランプ部材に装着される、請求項5に記載の支持構造。
  7. 1つ以上の関節と、
    前記関節により連結される2つ以上の棒状部材と、を備えるロボットであって、
    前記棒状部材は、請求項1〜6のいずれかに記載の支持構造で支持される、ロボット。
  8. 基礎部と、
    可動部と、
    前記基礎部と前記可動部とを並列に連結する複数のアームと、
    前記基礎部に配置されて前記アームを駆動するアクチュエータと、を備え、
    前記アームは、前記アクチュエータによって駆動される駆動リンクと、関節により前記駆動リンクに連結される受動リンクと、を備え、
    前記受動リンクは、互いに平行な2つの棒状部材を備え、
    前記棒状部材の少なくとも1つが、請求項1〜6のいずれかに記載の支持構造で支持される、パラレルリンクロボット。
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