JP5887383B2 - 物品をコンベヤに整列させる物品整列装置 - Google Patents

物品をコンベヤに整列させる物品整列装置 Download PDF

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Description

本発明は、物品をコンベヤに整列させる物品整列装置に関する。
産業用ロボットにより物品をコンベヤの進行方向に沿って整列させる物品整列装置が公知である。例えば、物品を収容するバケットを等間隔に備えたバケットコンベヤに物品を順次載置する物品整列装置、及びベルトコンベヤの進行方向における一定の位置に物品を順次載置する物品整列装置が公知である(特許文献1参照)。
特開2002−316716号公報
ところで、複数のコンベヤの間で物品を移動する際に、次工程のために、物品を所定の間隔で整列させることが求められる場合がある。しかしながら、所定の間隔で整列されたトレイなどの収容器を利用して物品を整列させる場合、後工程において収容器を回収する必要があるし、トレイの位置を検出する光電管センサなども必要になり、コストが増大する。
また、物品を一定の位置に順次載置する公知技術によれば、搬送方向における物品の間隔が、コンベヤの搬送速度並びにロボットによる物品の取出工程及び載置工程のサイクルタイムに応じて変化する。そのため、物品どうしの間隔を後工程で修正する必要がある。所定の間隔でピッチ送りをするコンベヤを使用すれば、物品を等間隔に整列させられるものの、高価なサーボモータによって駆動されるコンベヤを使用する必要があるので、コスト増大につながる。
また、コンベヤのベルトに所定の間隔で付与された目印を光電管センサによって検出し、その検出結果に基づいて物品を整列させる技術によれば、ベルトを交換する度に目印を付与する必要があるし、目印が消失したりすると、意図されたとおりに物品を整列させられなくなる。
したがって、簡素化された構成でありながら、物品を所定間隔に整列させられる物品整列装置が求められている。
本願に係る1番目の発明によれば、物品が載置される載置部、及び該載置部の移動量を検出する検出器を備えたコンベヤと、物品を保持可能なツールを備えていて、物品又は所定の位置関係を有する物品群を、前記コンベヤの移動方向に沿って整列するように前記載置部に順次載置するロボットと、を備えた物品整列装置であって、前記コンベヤの移動方向に沿って整列させられる物品間の距離、又は物品群間の距離を指定する間隔指定部と、前記検出器から前記載置部の移動量を取得する移動量取得部と、前記ロボットによる前記物品又は前記物品群の載置動作が実行される前に、前記間隔指定部によって指定された前記物品間の距離、又は前記物品群間の距離に応じて定まる距離だけ離間していて、物品を前記載置部において位置決めする際の基準となる仮想ターゲットを順次生成する仮想ターゲット生成部と、前記検出器の検出情報に基づいて、前記載置部とともに移動する前記仮想ターゲットに追従して前記物品又は前記物品群を前記仮想ターゲット内に載置する載置動作実行部と、を備える、物品整列装置が提供される。
本願に係る2番目の発明によれば、1番目の発明に係る物品整列装置において、前記物品又は前記物品群は、前記仮想ターゲット内の任意の位置に載置される。
本願に係る3番目の発明によれば、1番目又は2番目の発明に係る物品整列装置において、前記仮想ターゲットは、少なくとも1つの載置位置を有する仮想トレイである。
これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。
前述した構成を有する物品整列装置によれば、コンベヤの移動量に基づいて、ロボットが、コンベヤとともに移動する仮想ターゲットに追従して物品を順次載置し、物品を整列させる。それにより、物品を整列させる際の位置決めの基準となる目印又は収容器を検出するセンサが不要になる。また、コンベヤを駆動するのに高価なサーボモータは不要である。したがって、簡素化された構成を有していて安価な物品整列装置を提供できる。
一実施形態に係る物品整列装置の構成を示す図である。 物品整列装置のロボットを制御する制御装置の構成例を示す図である。 制御装置の別の構成例を示す図である。 制御装置の機能ブロック図である。 仮想トレイを生成する処理を示すフローチャートである。 複数の制御装置の間で情報を転送する処理を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図面は、本発明の理解を助けるために縮尺を適宜変更して記載されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。
図1は、一実施形態に係る物品整列装置10の構成を示す図である。物品整列装置10は、不規則な位置及び姿勢を有する物品1を搬送する供給コンベヤ11と、所定の整列パターンに従って整列された物品1を搬送する排出コンベヤ12と、物品1を供給コンベヤ11から排出コンベヤ12まで移動させる第1のロボット21及び第2のロボット22と、第1のロボット21及び第2のロボット22をそれぞれ制御する第1の制御装置31及び第2の制御装置32と、を備えている。物品整列装置10は、特に限定されないものの、例えば食品、医薬品などの生産設備において使用される。
供給コンベヤ11及び排出コンベヤ12は、物品1を載置可能な概ね平面の形態を有する載置面11A,12Aをそれぞれ有している。それら載置面11A,12Aは、いずれも図面の左側から右側に向かって矢印の向きに移動し、それにより、載置面11A,12A上の物品1が搬送されるようになっている。
第1のロボット21は、第2のロボット22よりも供給コンベヤ11及び排出コンベヤ12の上流に位置している。第1のロボット21及び第2のロボット22は、それぞれ物品1を保持可能なツールを備えている。ツールは、例えばハンド、空気圧式又は磁気式の吸着パッドなどである。
第1の制御装置31及び第2の制御装置32は、通信ケーブル33を介して図示されないネットワークハブに互いに接続されている。それにより、第1の制御装置31及び第2の制御装置32は、互いにデータ及び信号の送受信が可能になっている。第1の制御装置31と第2の制御装置32との間のデータ等の送受信は、他の形態、例えば無線通信によって行われてもよい。
第1のロボット21よりも供給コンベヤ11の上流には、カメラ13が設置されている。カメラ13は、ライン14を介して第1の制御装置31に内蔵された画像処理装置50(図2参照)に接続されている。カメラ13は、カメラ13の視野13Aの範囲を撮像する。撮像された画像は、画像処理装置50によって画像処理され、それにより物品1の位置及び姿勢が検出される。
供給コンベヤ11には、エンコーダ15が設置されている。エンコーダ15は、供給コンベヤ11の移動量に応じてパルス信号を出力する。第1の制御装置31は、エンコーダ15から出力されるパルス信号に基づいて、供給コンベヤ11の移動量を計算する。また、第2の制御装置32は、第1の制御装置31と通信し、供給コンベヤ11に設置されたエンコーダ15から出力されるパルス信号を取得できるようになっている。
同様に、排出コンベヤ12には、エンコーダ16が設置されている。エンコーダ16は、排出コンベヤ12の移動量に応じてパルス信号を出力する。第2の制御装置32は、エンコーダ16から出力されるパルス信号に基づいて、排出コンベヤ12の移動量を計算する。また、第1の制御装置31は、第2の制御装置32と通信し、排出コンベヤ12に設置されたエンコーダ16から出力されるパルス信号を取得できるようになっている。
排出コンベヤ12には、第1のロボット21よりも排出コンベヤ12の上流の任意の位置において、仮想ターゲット17が生成される。仮想ターゲット17は、第1のロボット21及び第2のロボット22による載置動作が実行される前に所定のタイミングで生成される。例えば、仮想ターゲット17は、排出コンベヤ12が所定の移動量だけ移動する度に生成される。或いは、所定の間隔で第2の制御装置32に入力される信号に応答して、仮想ターゲット17が生成されてもよい。また、第1のロボット21又は第2のロボット22が供給コンベヤ11における物品1の取出動作を実行するタイミングに合わせて仮想ターゲット17が生成されてもよい。以下、排出コンベヤ12が所定の移動量だけ移動する度に仮想ターゲット17が生成される実施形態を例として説明するものの、他の方法でも仮想ターゲット17を生成するタイミング又は条件が相違するにすぎず、仮想ターゲット17は同様の態様で生成される。仮想ターゲット17は、排出コンベヤ12の載置面12Aにおいて物品1を整列させる際の位置決めの基準として作用する。仮想ターゲット17は、物品1が載置される少なくとも1つの載置位置を有していて、例えば仮想的なトレイとして機能する。図示された実施形態では、仮想ターゲット17は、排出コンベヤ12の搬送方向に対して直交する方向において互いに離間する2つの載置位置を有するトレイの形状を有しており、各々の載置位置に物品1が載置されるようになっている。なお、載置位置は、仮想ターゲット17内の任意の位置に設定される。
本実施形態によれば、第1のロボット21及び第2のロボット22は、それぞれ供給コンベヤ11によって搬送される物品1を順次取出し、排出コンベヤ12に所定間隔、例えば等間隔で生成される仮想ターゲット17内の所定の載置位置に物品1を載置する。仮想ターゲット17の位置は、排出コンベヤ12に設置されたエンコーダ16によって検出される排出コンベヤ12の移動量に基づいて計算される。それにより、第1のロボット21及び第2のロボット22は、排出コンベヤ12とともに移動する仮想ターゲット17に追従して、物品1を所定の載置位置に載置できる。
図2は、第1の制御装置31のハードウェア構成を示している。第1の制御装置31は、第1のロボット21を制御するロボット制御部40と、カメラ13により撮像される画像を処理して、供給コンベヤ11上の物品1の位置及び姿勢を取得する画像処理装置50と、を備えている。
画像処理装置50は、マイクロプロセッサからなるCPU51を備えている。CPU51には、ROM52と、RAM53と、第1の制御装置31の外部に設けられるモニタ18に接続されたモニタインタフェース(モニタIF)61と、カメラ13に接続されるカメラインタフェース(カメラIF)62とが、バス54を介してそれぞれ接続されている。カメラ13によって撮像された画像はRAM53に格納される。RAM53に格納されたデータはCPU51によって解析される。ROM52には、画像処理装置50に対する種々の設定情報とともに、解析プログラムが格納されている。
図2に示されるように、画像処理装置50のCPU51は、第1の制御装置31のバス55を介して、ロボット制御部40のCPU41に接続される。ロボット制御部40のCPU41には、ROM42と、RAM43と、SRAM44と、デジタルシグナルプロセッサ用データメモリ(DSPメモリ)45と、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)47とが、バス49を介してそれぞれ接続される。ROM42には、システム全体を制御するプログラムが格納され、RAM43には、CPU41で処理されるデータが一時的に格納される。SRAM44には、第1のロボット21に対する動作プログラム及び設定データなどが格納される。
DSP47は、供給コンベヤ11に設置されたエンコーダ15の出力信号を処理するプロセッサである。DSPメモリ45は、DSP47によって処理されたデータ及び設定パラメータなどを格納する。DSP47は、CPU41の命令に従って任意の時点においてエンコーダ15の出力を検知し、検知した情報をDSPメモリ45の所定領域に書込む機能を有する。また、画像処理装置50のCPU51からも、ロボット制御部40のCPU41を介してDSPメモリ45にアクセス可能になっている。
ロボット制御部40は、第1のロボット21を制御する軸制御装置46を備えている。軸制御装置46は、サーボ回路48を介して第1のロボット21に接続されており、それにより、第1の制御装置31は第1のロボット21を制御できるようになっている。ロボット制御部40は、通信インタフェース(通信IF)63をさらに備えており、通信IF63を介して、第2の制御装置32及び外部周辺装置などと通信できるようになっている。
図3は第1の制御装置31の別の構成例を示している。図3に示されるように、画像処理装置50のCPU51、ROM52及びRAM53をロボット制御部40のもので代用してもよい。各構成要素の機能は、図2のものと同様なので説明を省略する。
図示されないものの、第2の制御装置32は、第1の制御装置31と略同様の構成を有する。しかしながら、図1からも分かるように、第2の制御装置32はカメラ13とは直接接続されていないので、画像処理装置50の構成を有する必要がない点で第1の制御装置31とは相違する。
図4は、第1の制御装置31及び第2の制御装置32における物品1の検出工程及び整列工程に関する情報を処理する機能をブロック図で表したものである。図中の矢印は、各情報の流れを示している。
図4に示されるように、第1の制御装置31は、整列パターン設定部311と、作業内容設定部312と、物品検出部313と、情報管理部314と、作業実行部315と、を有している。また、第2の制御装置32は、整列パターン設定部321と、作業内容設定部322と、仮想ターゲット生成部323と、情報管理部324と、作業実行部325と、を有している。
整列パターン設定部311,321は物品1の整列パターンを定義する。図1に示される実施形態の場合、排出コンベヤ12の搬送方向に対して直交する方向に所定の距離だけ離間する2つのセル(載置位置)として、整列パターンが定義される。すなわち、整列パターン設定部311,321は、排出コンベヤ12の移動方向に沿って整列させられる物品1の間隔を指定する間隔指定部として作用する。整列パターン設定部311,321のいずれか一方によって定義されたセルの位置は、通信手段を介して他方の整列パターン設定部321,311に送信され、それにより、両方の整列パターン設定部311,321において共通のセルの位置が定義される。
物品検出部313は、供給コンベヤ11が所定の距離だけ移動する度に、供給コンベヤ11における物品1の位置及び姿勢を検出する。或いは、物品検出部313は、光電管センサなどの外部センサによって物品1の到来を検知したときに、物品1の位置及び姿勢の検出を実行してもよい。なお、物品1の姿勢を特定する必要がない場合は、物品1の位置のみを検出対象にすることができる。
撮像された画像から対象物(すなわち、物品1)の位置及び姿勢を検出する方法として、多くの公知技術が存在する。物品検出部313は、任意の公知技術を利用して、カメラ13の撮像画像から、供給コンベヤ11によって搬送される物品1の位置及び姿勢を検出する。例えば、物品検出部313は、正規化相関法に従って、予め登録されたモデル画像と一致する画像をカメラ13で撮像した画像から検出するように構成されていてもよい。或いは、物品検出部313は、一般化ハフ変換のように予め登録されたモデル画像から物品1の輪郭を抽出し、その輪郭の情報に基づいて、撮像画像における物品1の位置及び姿勢を求めてもよい。
物品検出部313は、検出された物品1の位置及び姿勢、及びカメラ13によって物品1の撮像を行った瞬間の供給コンベヤ11のエンコーダ15の出力値などの情報を情報管理部314に転送する。
なお、供給コンベヤ11における物品1の位置及び姿勢は、カメラ13に対して定義される座標系(カメラ座標系)として表現されるものの、カメラ座標系と、ロボットの動作の基準となる座標系(ロボット座標系)との相対的位置関係に基づいて、周知の座標変換により、ロボット座標系における物品1の位置及び姿勢を算出できる。さらに、ロボット座標系が第1の制御装置31及び第2の制御装置32で共通化されている場合、検出された物品1の位置及び姿勢は、第1のロボット21及び第2のロボット22において共通して使用される。例えば、物品1の位置及び姿勢が画像処理装置50によって取得されれば、第1の制御装置31及び第2の制御装置32は、第1のロボット21及び第2のロボット22をそれぞれ制御して、物品1を取出すことができる。
仮想ターゲット生成部323は、エンコーダ16の値を監視して所定の距離だけ排出コンベヤ12が移動する度に仮想ターゲット17を生成する。仮想ターゲット17が生成された瞬間の排出コンベヤ12のエンコーダ16の出力値の情報は、第1の制御装置31の情報管理部314に転送される。すなわち、仮想ターゲット生成部323は、エンコーダ16から排出コンベヤ12の載置面12Aの移動量を取得する移動量取得部としての機能と、排出コンベヤ12の移動量に基づいて仮想ターゲット17を所定間隔で生成する機能と、を有している。
予め定められる仮想ターゲット17の生成位置と、排出コンベヤ12の進行方向に対する第1のロボット21のロボット座標系とは、予め関連付けされている。それにより、情報管理部314は、排出コンベヤ12のエンコーダ16の出力値に基づいて、ロボット座標系における仮想ターゲット17の現在の位置を取得できる。同時に、情報管理部314は、第1の制御装置31の整列パターン設定部311から、整列パターンに従って仮想ターゲット17に対して定義されるセルの位置及び姿勢を取得できる。ロボット座標系が第1の制御装置31及び第2の制御装置32において共通化されている場合、セルの位置及び姿勢に関する情報が、第1のロボット21及び第2のロボット22において共通して利用されるようになる。なお、物品1の姿勢を指定する必要がない場合、セルの位置のみが取得されるようになっていてもよい。
作業実行部315,325は、第1のロボット21及び第2のロボット22のそれぞれの作業領域内に入った供給コンベヤ11における物品1の位置及び姿勢に関する情報を情報管理部314,324から受信し、第1のロボット21及び第2のロボット22によって、物品1を取出す工程を実行する。また、作業実行部315,325は、第1のロボット21及び第2のロボット22のそれぞれの作業領域内に入った排出コンベヤ12における仮想ターゲット17内のセルの位置及び姿勢に関する情報を情報管理部314,324から受信し、第1のロボット21及び第2のロボット22によって保持されている物品1をセルの位置に載置する工程を実行する。すなわち、作業実行部315,325は、排出コンベヤ12の載置面12Aとともに移動する仮想ターゲットに追従して物品1を仮想ターゲット17内のセルに載置する載置動作実行部としての機能を有する。
第1の制御装置31及び第2の制御装置32のいずれか一方の作業内容設定部312,322は、第1のロボット21及び第2のロボット22の作業割合を設定する。設定された作業割合は、他方の作業内容設定部322,312と共有される。例えば、第1のロボット21及び第2のロボット22の作業割合が1:1の場合、上流に位置する第1のロボット21は、供給コンベヤ11によって搬送される物品1を1つおきに取出し、排出コンベヤ12とともに移動する仮想ターゲット17の所定のセルの位置に物品1を載置する。他方、第2のロボット22は、供給コンベヤ11に対して割当てられる第1のロボット21の作業領域を通過した物品1をすべて取出し、仮想ターゲット17の所定のセルの位置に物品1を順次載置する。
図5は、仮想ターゲット生成部323によって所定の制御周期で実行される処理を示すフローチャートである。先ずステップS401において、仮想ターゲット生成部323は、直前に仮想ターゲット17を生成した時点における排出コンベヤ12のエンコーダ16の値と、現在のエンコーダ16の値との差に基づいて、排出コンベヤ12の移動量を検出する。
次にステップS402において、排出コンベヤ12が予め指定された距離移動したか否かを判定する。ステップS402の判定が否定された場合、ステップS401に戻る。他方、ステップS402の判定が肯定された場合、ステップ403に進み、仮想ターゲット17を排出コンベヤ12の所定の位置に生成する。例えば、仮想ターゲット17が生成される位置は、プログラム開始時に最初に生成された仮想ターゲット17を基準として、指定された距離だけ順次ずらした位置に設定される。すなわち、仮想ターゲット17の間隔は指定された距離に等しくなる。或いは、指定された距離のN倍の間隔で仮想ターゲット17を生成してもよい。例えば排出コンベヤ12の移動速度が速く、ステップS402の判定が実行されるときに、排出コンベヤ12が指定された距離のN倍以上の距離(N>1)を既に移動している場合には、直前に仮想ターゲット17から指定された距離だけ離間した位置に物品1を載置するのは困難である。したがって、その場合には、仮想ターゲット17の間隔が大きくなるように仮想ターゲット17の生成位置を変更してもよい。
図6は、第1の制御装置31の情報管理部314によって所定の制御周期で実行される処理を示すフローチャートである。先ずステップS501において、情報管理部314は、カメラ13によって撮像された物品1の移動量に基づいて、供給コンベヤ11によって搬送される各々の物品1の現在位置を更新する。物品1の移動量は、カメラ13によって物品1が撮像された時点のエンコーダ15の出力値と、現在のエンコーダ15の出力値との差に基づいて、物品検出部313によって取得される。
次にステップS502において、物品1の現在位置が第1のロボット21の作業範囲外であるか否かが判定される。ステップS502の判定が否定された場合は、ステップS501に戻る。他方、ステップS502の判定が肯定された場合、ステップS503に進み、第1の制御装置31の情報管理部314は、物品1に関する情報(物品情報)を下流に位置する第2の制御装置32の情報管理部324に転送する。転送される物品情報には、物品1の位置及び姿勢、物品1を撮像した時点でのエンコーダ15の出力値などが含まれるものの、それらには限定されない。
ステップS504では、整列パターンに従って定義される仮想ターゲット17内のセルの位置を取得する。セルの位置は、仮想ターゲット17の生成位置、仮想ターゲット17の移動量、及び仮想ターゲット17とセルとの位置関係に基づいて取得される。
ステップS505では、セルの位置が第1のロボット21の作業範囲外であるか否かが判定される。ステップS505の判定が否定された場合は、ステップS504に戻る。他方、ステップS505の判定が肯定された場合、ステップS506に進み、第1の制御装置31の情報管理部314は、仮想ターゲット17に関する情報(仮想ターゲット情報)を下流に位置する第2の制御装置32の情報管理部324に転送する。転送される仮想ターゲット情報には、仮想ターゲット17のセルの位置及び姿勢、物品1をカメラ13により撮像した時点のエンコーダ15の出力値、及び第1のロボット21による物品1の取出工程が完了したことを示す作業完了フラグなどが含まれるものの、それらには限定されない。
第2の制御装置32は、第1の制御装置31の情報管理部314から転送される物品情報及び仮想ターゲット情報に基づいて、第2のロボット22を制御し、物品1を供給コンベヤ11から取出すとともに、物品1を排出コンベヤ12における仮想ターゲット17内に載置する。
前述したとおり、本実施形態に係る物品整列装置10によれば、供給コンベヤ11から取出した物品1を、排出コンベヤ12に生成される仮想ターゲット17に追従して載置する。それにより、物品1を所定の間隔で整列させるために実際のトレイ及びトレイを検出するセンサを使用する必要がなくなる。また、所定のピッチで排出コンベヤを移動させるためのサーボモータを使用する必要がない。したがって、簡素な構成であり、かつ安価な物品整列装置を提供できる。
図示された実施形態に基づいて、2つのロボット及びそれを制御する2つの制御装置を備える物品整列装置を説明したものの、1つ又は3つ以上のロボット及び制御装置を備えた物品整列装置であっても本発明を実施できる。
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。
1 物品
10 物品整列装置
11 供給コンベヤ
11A 載置面
12 排出コンベヤ(コンベヤ)
12A 載置面(載置部)
13 カメラ
15 エンコーダ
16 エンコーダ(検出器)
21 第1のロボット
22 第2のロボット
31 第1の制御装置
311 整列パターン設定部(間隔指定部)
312 作業内容設定部
313 物品検出部
314 情報管理部
315 作業実行部
32 第2の制御装置
321 整列パターン設定部
322 作業内容設定部
323 仮想ターゲット生成部(移動量取得部)
324 情報管理部
325 作業実行部(載置動作実行部)
40 ロボット制御部
50 画像処理装置

Claims (3)

  1. 物品が載置される載置部、及び該載置部の移動量を検出する検出器を備えたコンベヤと、
    物品を保持可能なツールを備えていて、物品又は所定の位置関係を有する物品群を、前記コンベヤの移動方向に沿って整列するように前記載置部に順次載置するロボットと、
    を備えた物品整列装置であって、
    前記コンベヤの移動方向に沿って整列させられる物品間の距離、又は物品群間の距離を指定する間隔指定部と、
    前記検出器から前記載置部の移動量を取得する移動量取得部と、
    前記ロボットによる前記物品又は前記物品群の載置動作が実行される前に、前記間隔指定部によって指定された前記物品間の距離、又は前記物品群間の距離に応じて定まる距離だけ離間していて、物品を前記載置部において位置決めする際の基準となる仮想ターゲットを順次生成する仮想ターゲット生成部と、
    前記検出器の検出情報に基づいて、前記載置部とともに移動する前記仮想ターゲットに追従して前記物品又は前記物品群を前記仮想ターゲット内に載置する載置動作実行部と、
    を備える、物品整列装置。
  2. 前記物品又は前記物品群は、前記仮想ターゲット内の任意の位置に載置される、請求項1に記載の物品整列装置。
  3. 前記仮想ターゲットは、少なくとも1つの載置位置を有する仮想トレイである、請求項1又は2に記載の物品整列装置。
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