JP7355533B2 - ロボットプログラミング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットプログラミング装置に関する。
ワークを一対の金型(移動金型及び固定金型)で挟み込んでプレス加工するプレス機と、プレス機へのワークの供給及び排出を行うロボットとを備えるプレス加工システムが公知である。このようなプレス加工システムの生産性を向上するために、プレス機の移動金型が上死点に達する前に、固定金型との間に一定の空間が形成された時点で、ロボットによりワークの供給及び排出を行うよう、プレス機とロボットとを協調動作させることが望ましい。
プレス機とロボットとを協調動作させる技術としては、例えば特許文献1には、「ライン状に配置された複数の往復作動式機械のうち隣接する往復作動式機械間でワークを搬送ロボットで搬送するに際し、搬送ロボットの搬送部と往復作動式機械の作動部とが干渉しないように搬送ロボットの作動を制御する制御方法であって、前記往復作動式機械によるワーク加工時における前記作動部の位置を逐次検出し、前記作動部の各位置と該各位置にある該作動部と干渉しない該搬送部の各位置との関係が記憶されたデータテーブルに基づき、前記搬送ロボットの搬送部の作動を制御する、ことを特徴とする往復作動式機械用搬送ロボットの制御方法」が記載されている。
特許2005-216112号公報
特許文献1の技術では、プレス機のメインギアの位相角と搬送ロボットのクロスバーの移動金型とぎりぎり干渉しない座標位置との関係を予め計算してデータテーブルに記憶させる。しかしながら、そのようなプレス加工システムにおいて、搬送ロボットのクロスバー以外の構成要素や搬送ロボットが保持するワークがプレス機に干渉する可能性もある。このため、プレス機とロボットとが協働するプレス加工システムにおいてロボットを適切に動作させられるロボットプログラム作成することができる技術が望まれる。
本開示の一態様に係るロボットプログラミング装置は、ワークを搬送する1又は複数のロボットと、前記ワークを金型で挟み込んで加工する1又は複数のプレス機とを備えるプレス加工システムの前記ロボットの動作を指定するロボットプログラムを作成するロボットプログラミング装置であって、前記ロボットプログラムを記憶するロボットプログラム記憶部と、前記プレス機の動作を指定するプレスプログラムを記憶するプレスプログラム記憶部と、前記ロボットプログラムの初期値として、前記ロボットの基準となる動作を指定するテンプレートプログラムをロボットプログラム記憶部に記憶させるテンプレートプログラム設定部と、前記ワーク、前記ロボット及び前記プレス機の三次元モデルを仮想空間に配置するモデル配置部と、前記ロボットプログラムに従って前記ロボットの三次元モデルを動作させるロボット動作処理部と、前記プレスプログラムに従って前記プレス機の三次元モデルを動作させるプレス動作処理部と、前記ワーク、前記ロボット及び前記プレス機の三次元モデルの相互の干渉を検出する干渉検出部と、前記干渉検出部が検出した干渉を解消するよう前記ロボットプログラム記憶部に記憶された前記ロボットプログラムを修正するロボットプログラム修正部と、を備える。
本開示に係るロボットプログラミング装置によれば、プレス機とロボットとが協働するプレス加工システムにおいてロボットを適切に動作させられるロボットプログラム作成することができる。
本開示の一実施形態のロボットプログラミング装置の構成を示す模式図である。 図1のロボットプログラミング装置のモデル配置部が配置する三次元モデルを示す模式図である。 図1のロボットプログラミング装置のプロファイルデータ設定部が記憶するプロファイルデータを例示するグラフである。 図1のロボットプログラミング装置のプレスプログラム修正部によるプレスプログラムの修正例を示すグラフである。 図1のロボットプログラミング装置のプレスプログラム修正部によるプレスプログラムの図4とは異なる修正例を示すグラフである。 図1のロボットプログラミング装置のロボットプログラム記憶部に記憶されるロボットプログラムの目標位置を例示する模式図である。 図1のロボットプログラミング装置によるシミュレーションの手順を示すフローチャートである。
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本開示の一実施形態のロボットプログラミング装置1の構成を示す模式図である。ロボットプログラミング装置1は、例えばCPU、メモリ等を有するコンピュータ装置に適切なプログラムを実行させることにより実現することができる。
ロボットプログラミング装置1は、仮想空間情報保持部11、モデル配置部12、干渉検出部13、プレスプログラム記憶部14、プレス動作処理部15、プロファイルデータ設定部16、プレスプログラム修正部17、ロボットプログラム記憶部18、ロボット動作処理部19、テンプレートプログラム設定部20及びロボットプログラム修正部21を備える。これらの構成要素は、その機能によって区別されるものであって、プログラム構造において明確に区分できるものである必要はない。
ロボットプログラミング装置1は、プレス加工システムの動作を仮想空間内で再現して疑似的に確認する装置、つまりプレス加工システムの動作をシミュレートするシミュレーション装置である。ロボットプログラミング装置により動作が再現されるプレス加工システムは、ワークを金型(移動金型及び固定金型)によって挟み込んで加工する1又は複数のプレス機と、ワークを保持して搬送し、ワークをプレス機に供給及びプレス機から排出するロボットとを備える構成とすることができる。プレス加工システムは、1つのワークを複数のプレス機によって段階的に成形する装置とすることができ、ロボットにより上流側のプレス機から下流側のプレス機にワークを移動させる構成とすることができる。ロボットプログラミング装置1は、シミュレーション結果に基づいて、プレス加工システムにおいてロボットを適切に動作させられるようなロボットプログラムを自動的に作成することができる。
仮想空間情報保持部11は、仮想空間内に配置される三次元モデルの情報を保持する。つまり、仮想空間情報保持部11は、後述するモデル配置部12によって配置されるワーク、プレス機及びロボットの三次元モデルの情報を記憶する。
モデル配置部12は、図2に例示するように、ワークWの三次元モデル、プレス機Pの三次元モデル及びロボットRの三次元モデルを仮想空間内に配置、つまり仮想空間情報保持部11に三次元モデルの情報を記憶させる。このため、モデル配置部12はワークW、プレス機P及びロボットRの形状及び軸構成を含む三次元モデルのモデリングに必要な情報を記憶している。
これらの三次元モデルは、現実のプレス加工システム互いに干渉し得る構成要素及びその動作の計算に必要な構成要素だけをモデル化したものとすることができる。具体例として、図2に示すように、プレス機Pの三次元モデルは、金型(移動金型M1及び固定金型M2)及び金型M1,M2を保持するテーブル(移動テーブルT1及び固定テーブルT2)のみからなるものとすることができる。また、ロボットRの三次元モデルは、互いに連接されたベースB、複数のアームA1、A2,A3及びワークWを保持するハンドHを含むものとすることができる。
干渉検出部13は、ワークW、プレス機P及びロボットRの三次元モデルの相互の干渉を検出、つまりロボットRの動作の適否を判断する。具体的には、干渉検出部13は、三次元モデルの2以上が重なり合っている座標、及びその座標を含む三次元モデルを特定するよう構成され得る。
プレスプログラム記憶部14は、プレス機Pの動作を指定するプレスプログラムを記憶する。
プレス動作処理部15は、プレスプログラム記憶部14に記憶されているプレスプログラムに従って、プレス機Pを動作、つまりプレス機Pの各構成要素、具体的には移動金型M1及び移動テーブルT1を仮想空間内で移動させる。
プロファイルデータ設定部16は、現実のプレス機を実際に動作させたときの移動金型の時間毎の位置を記録したプロファイルデータに従うプレスプログラムをプレスプログラム記憶部14に記憶させる。つまり、プロファイルデータ設定部16は、現実のプレス機のプロファイルデータを記憶し、プレスプログラム記憶部14に記憶するプレスプログラムを現実のプレス機のプロファイルデータに一致する動作を指定する内容に初期設定する。
図3に、プロファイルデータ設定部16が記憶するプロファイルデータを例示する。図示する例では、移動金型の位置は、移動金型が固定金型に圧接される位置である下死点を原点として、移動金型を駆動する駆動軸の回転角度位置によって表されている。
プレスプログラム修正部17は、現実のプレス機を動作させてプロファイルデータを記録したときのプレス機の動作条件と確認すべきプレス機の動作条件との違いに応じて、プレスプログラム記憶部14に記憶されているプレスプログラムを修正する。
プレスプログラム修正部17は、確認すべきプレス機のプレス加工のサイクルがプロファイルデータ記録時と異なる場合、図4に例示するように、プレスプログラム記憶部14に記憶されているプレスプログラムを、プロファイルデータを時間軸方向に拡大又は縮小したプロファイルに従うプレスプログラムに修正してもよい。図4には、破線で示すプロファイルデータを時間軸方向に2倍に拡大することによりプレス加工のサイクルを1/2にする例(実線)、及びプロファイルデータを時間軸方向に1/2に縮小することによりプレス加工のサイクルを2倍にする例(一点鎖線)を示す。
また、プレスプログラム修正部17は、図5に示すように、例えば移動金型が上死点にある時間の長さ、移動金型の移動速度等を修正できるよう構成されてもよい。図5には、グラフの立ち上がりを右側に平行移動させることにより移動金型が下死点から上死点に移動するタイミングを遅らせ、グラフの立ち下がりをより直線的になるよう変形させた結果として、移動金型が上死点にある時間を短くした例が図示されている。このような修正を行うため、プレスプログラム修正部17は、プロファイルデータのグラフを画面に表示し、この画面上でユーザがマウス等を用いてグラフを変形させることによりプレスプログラムを修正できるよう構成されてもよい。
ロボットプログラム記憶部18は、ロボットの動作を指定するロボットプログラムを記憶する。ロボットプログラムは、現実のロボットのプログラミングに用いられるものと同様のプロトコルによって記述される。具体的には、ロボットプログラムは、ハンド等の基準点を配置するべき目標位置(教示点)と、その目標位置に基準点を配置すべき時刻とを特定するものとすることができる。
ロボット動作処理部19は、ロボットプログラム記憶部18に記憶されているロボットプログラムに従って、ロボットRを動作、つまりロボットRの各構成要素B,A1,A2,A3,H及びロボットRが保持しているワークWを仮想空間内で移動させる。
テンプレートプログラム設定部20は、ロボットプログラムの初期値として、ロボットRの基準となる動作を指定するテンプレートプログラムをロボットプログラム記憶部18に記憶させる。このため、テンプレートプログラム設定部20は、予め設定されるテンプレートプログラムを記憶する。
図6に、テンプレートプログラム設定部20が記憶するテンプレートプログラムの一例を模式的に示す。このテンプレートプログラムは、上流側のプレス機Pの固定金型M2上のワークWをロボットRにより取り出して下流側のプレス機Pの固定金型M2の上に配置する動作を行わせるためのロボットプログラムであり、ハンドHの基準点を配置する8つの目標位置Q1~Q8を含む。
図6のテンプレートプログラムでは、第1目標位置Q1を始点とし、第2目標位置Q2で上流側のプレス機Pの固定金型M2の上にロボットRのハンドHを配置する。第3目標位置Q3ではハンドHをワークWに当接させて保持し、第4目標位置Q4に移動することでワークWを固定金型M2から取り出す。そして、ハンドHを第5目標位置Q5に移動することでワークWを下流側のプレス機Pの固定金型M2の上に配置し、ハンドHを第6目標位置Q6に移動することで固定金型M2の上にワークWを載置する。第6目標位置Q6でハンドHにワークを解放させてから、ハンドHを目標位置Q7に移動することで固定金型M2及びワークWからハンドH離間させる。そして、ハンドHを目標位置Q8に移動することで、ロボットRを移動金型M1及び移動テーブルT1の移動範囲から退避させる。
ロボットプログラム修正部21は、プレス動作処理部15がプレスプログラムに従ってプレス機Pを動作させ、ロボット動作処理部19がロボットプログラムに従ってロボットRを動作させたときに、干渉検出部13が検出したロボットRとプレス機Pとの干渉を解消するようロボットプログラムを修正する。干渉検出部13による干渉の検出とロボットプログラム修正部21によるロボットプログラムの修正とは、ロボットプログラムの1の目標位置Qn(nは目標位置の番号)から次の目標位置Qn+1に移動するまでのロボットR及びプレス機Pの動作を単位動作として行うことができる。
ロボットプログラム修正部21は、目標位置Qnから目標位置Qn+1に移動する際にロボットR又はワークWがプレス機Pに干渉したことが確認された場合、目標位置Qn+1の座標を変更するようロボットプログラムを修正する。ロボットプログラミング装置1は、目標位置Qn+1の座標を変更したならば、プレス動作処理部15及びロボット動作処理部19により、改めて目標位置Qnから変更後の目標位置Qn+1までの動作を行って、干渉検出部13によりロボットR又はワークWとプレス機Pとの干渉の有無を確認してもよい。つまり、ロボットプログラミング装置1は、目標位置ごとに、ロボットR又はワークWとプレス機Pとの干渉を解消するようロボットプログラムを修正してもよい。
ロボットプログラム修正部21は、干渉検出部13が干渉を検出した場合、移動金型M1の移動方向、より詳しくは移動金型M1が固定金型M2に接近する方向に目標位置Qn+1を移動させることが好ましい。目標位置Qn+1を移動金型M1の移動方向に移動させることによって、ワークWの固定金型M2への配置及び固定金型M2からの取り出しの方向を変化させないようにできる。
通常、移動金型M1の移動方向は、固定金型M2にワークWを配置する方向及び固定金型M2からワークWを取り出す方向と同じである。したがって、ロボットプログラム修正部21は、目標位置Qn+1を、1つ前の目標位置Qn又は1つ後の目標位置Qn+2に向かって移動させることができる。この目標位置Qn+1の移動量は、一定の距離としてもよく、目標位置Qn+1から前の目標位置Qn又は次の目標位置Qn+2までの距離に対して一定の比率としてもよい。
ロボットR又はワークWとプレス機Pとの干渉を解消するための目標位置Qn+1の移動量は、ワークWを固定金型M2に干渉させない範囲で定める必要がある。このため、移動後の目標位置Qn+1から前の目標位置Qn又は次の目標位置Qn+2までの距離に下限値を設定してもよい。このような下限値により目標位置Qn+1の移動によってロボットR又はワークWとプレス機Pとの干渉を解消することができない場合には、目標位置Qnに対する位置関係が金型の移動方向にない前の目標位置Qn又は次の目標位置Qn+2の位置を移動金型M1の固定金型M2から離間する方向に移動させてもよい。これにより、ハンドHが目標位置Qnを通過する際の移動金型M1側へのオーバーシュートを抑制して、ロボットR又はワークWとプレス機Pとの干渉を解消することができる。
具体例として、ロボットプログラム修正部21は、図6のテンプレートプログラムにおいて、第1目標位置Q1から第2目標位置Q2に移動する際に干渉が検出されたときは、第2目標位置Q2を固定金型M2の移動方向に、つまり第3目標位置Q3に向かって移動させる。これにより、第1目標位置Q1から第2目標位置Q2に移動する際の干渉を解消することができる。
また、ロボットプログラム修正部21は、図6のテンプレートプログラムにおいて、第3目標位置Q3から第4目標位置Q4に移動する際に干渉が検出されたときは、第4目標位置Q4を固定金型M2の移動方向に、つまり第3目標位置Q3に向かって移動させる。同様に、第4目標位置Q4から第5目標位置Q5に移動する際に干渉が検出されたときは、第5目標位置Q5を第6目標位置Q6に向かって移動させ、第6目標位置Q6から第7目標位置Q7に移動する際に干渉が検出されたときは、第7目標位置Q7を第6目標位置Q6に向かって移動させる。
さらに、ロボットプログラム修正部21はロボットプログラムにおけるロボットRの移動速度又は加速度を調整してもよい。ロボットRの移動速度又は加速度を大きくすることにより、ロボットRの移動時間を短縮することができる。これによって、プレス機Pの移動金型M1と固定金型M2との距離が大きい時間にロボットRがワークを移動させることができるので、多様な条件でロボットR又はワークWとプレス機Pとの干渉を解消することができる。
続いて、図7に、ロボットプログラミング装置1におけるロボットプログラムの修正手順を示す。ロボットプログラムの修正は、三次元モデル配置工程(ステップS1)と、プロファイルデータ設定工程(ステップS2)と、プレスプログラム修正工程(ステップS3)と、テンプレートプログラム書き込み工程(ステップS4)と、三次元モデル動作工程(ステップS5)と、干渉確認工程(ステップS6)と、ロボットプログラム修正工程(ステップS7)と、プログラム終了確認工程(ステップS8)と、を備える。
ステップS1の三次元モデル配置工程では、モデル配置部12により、仮想空間情報保持部11に仮想される仮想空間にロボットR、プレス機P及びワークWの三次元モデルを配置する。
ステップS2のプロファイルデータ設定工程では、プロファイルデータ設定部16により、プロファイルデータに基づくプレスプログラムをプレスプログラム記憶部14に記憶させる。
ステップS3のプレスプログラム修正工程では、確認すべきプレス加工の要求に従って、プレスプログラム記憶部14に記憶されているプレスプログラムを修正する。
ステップS4のテンプレートプログラム書き込み工程では、テンプレートプログラム設定部20により、ロボットプログラム記憶部18にロボットプログラムの初期値としテンプレートプログラムを書き込んで記憶させる。
ステップS5の三次元モデル動作工程では、プレス動作処理部15によりプレスプログラム記憶部14に記憶されているプレスプログラムに従ってプレス機Pの三次元モデルを動かすとともに、ロボット動作処理部19によりロボットプログラム記憶部18に記憶されているロボットプログラムに従ってロボットR及びワークWの三次元モデルを動かす。
ステップS6の干渉確認工程では、干渉検出部13により、プレス機Pの三次元モデルとロボットRの三次元モデル又はワークWの三次元モデルとの干渉の有無を確認する。干渉検出部13が干渉を検出した場合にはステップS7に進み、干渉検出部13が干渉を検出しなかった場合にはステップS8に進む。
ステップS7のロボットプログラム修正工程では、ロボットプログラム修正部21により、プレス機Pの三次元モデルとロボットRの三次元モデル又はワークWの三次元モデルとの干渉を解消するよう、ロボットプログラム記憶部18に記憶されているロボットプログラムを修正する。ステップS7でロボットプログラムを修正した場合には、ステップS5に戻ってロボットプログラムに従って三次元モデルを動作させる。
ステップS8のプログラム終了確認工程では、プレスプログラム及びロボットプログラムが最後まで実行されたか否かを確認する。プレスプログラム及びロボットプログラムが最後まで実行されていた場合には処理を終了し、プレスプログラム及びロボットプログラムの少なくとも一方の一部が未だ実行されていない場合にはステップS15に戻ってプログラムの続きに従って三次元モデルを動作させる。
ロボットプログラミング装置1は、干渉検出部13及びロボットプログラム修正部21を備えるので、適切なロボットプログラムを自動的に作成することができる。
また、ロボットプログラミング装置1は、ロボットプログラムの初期値として、ロボットRの基準となる動作を指定するテンプレートプログラムをロボットプログラム記憶部18に記憶させるテンプレートプログラム設定部20と、ワークW、ロボットR及びプレス機Pの三次元モデルの相互の干渉を検出する干渉検出部13と、干渉検出部13が検出した干渉を解消するようロボットプログラム記憶部18に記憶されたロボットプログラムを修正するロボットプログラム修正部21と、を備えるので、プレス加工システムにおいてロボットRを適切に動作させられるロボットプログラムを容易且つ確実に作成することができる。
また、ロボットプログラミング装置1は、現実のプレス機Pを実際に動作させたときの金型M1,M2の時間毎の位置を記録したプロファイルデータに従うプレスプログラムをプレスプログラム記憶部14に記憶させるプロファイルデータ設定部16を備えるので、プレス機Pの三次元モデルの動作が現実のプレス機Pの動作に近似したものとなる。このため、ロボットプログラミング装置1は、ロボットプログラムの適否を詳細かつ正確に確認することができる。
以上、本開示に係るロボットプログラミング装置の実施形態について説明したが、本開示に係るロボットプログラミング装置は前述した実施形態に限るものではない。また、前述の実施形態に記載された効果は、本開示に係るロボットプログラミング装置から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本開示に係るロボットプログラミング装置による効果は、前述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
本開示に係るロボットプログラミング装置において、ロボットプログラムに関係する構成や、干渉を検出する構成は任意の構成である。本開示に係るロボットプログラミング装置は、三次元モデルの動作を画面表示し、ユーザが画面上で干渉を認知し、ユーザの判断により干渉を解消するようなロボットプログラムの修正を行うものであってもよい。
本開示に係るロボットプログラミング装置において仮想空間に三次元モデルを配置するプレス機及びロボットの数は、特に限定されない。例として、本開示に係るロボットプログラミング装置は、1つのプレス機にワークを供給するロボットと、同じプレス機からワークを取り出すロボットとの三次元モデルを仮想空間内で動作させるものであってもよい。本開示に係るロボットプログラミング装置において仮想空間内に配置される全てのプレス機及びロボットは、単一の時間軸上で協調動作する。
1 ロボットプログラミング装置
11 仮想空間情報保持部
12 モデル配置部
13 干渉検出部
14 プレスプログラム記憶部
15 プレス動作処理部
16 プロファイルデータ設定部
17 プレスプログラム修正部
18 ロボットプログラム記憶部
19 ロボット動作処理部
20 テンプレートプログラム設定部
21 ロボットプログラム修正部

Claims (4)

  1. ワークを搬送する1又は複数のロボットと、前記ワークを固定金型と移動金型で挟み込んで加工する1又は複数のプレス機とを備えるプレス加工システムの前記ロボットの動作を指定するロボットプログラムを作成するロボットプログラミング装置であって、
    前記ロボットプログラムを記憶するロボットプログラム記憶部と、
    前記プレス機の動作を指定するプレスプログラムを記憶するプレスプログラム記憶部と、
    前記ロボットプログラムの初期値として、前記ロボットの基準となる動作を指定する複数の目標位置を含むテンプレートプログラムをロボットプログラム記憶部に記憶させるテンプレートプログラム設定部と、
    前記ワーク、前記ロボット及び前記プレス機の三次元モデルを仮想空間に配置するモデル配置部と、
    前記ロボットプログラムに従って前記ロボットの三次元モデルを動作させるロボット動作処理部と、
    前記プレスプログラムに従って前記プレス機の三次元モデルを動作させるプレス動作処理部と、
    前記ワーク、前記ロボット及び前記プレス機の三次元モデルの相互の干渉を検出する干渉検出部と、
    前記干渉検出部が干渉を検出した移動の終点である前記目標位置を前記移動金型の移動方向に移動させることで前記干渉を解消するよう前記ロボットプログラム記憶部に記憶された前記ロボットプログラムを修正するロボットプログラム修正部と、
    を備える、ロボットプログラミング装置。
  2. 前記ロボットプログラム修正部は、前記ロボットの移動速度又は加速度を調整する、請求項に記載のロボットプログラミング装置。
  3. 前記プレス機を実際に動作させたときの前記移動金型の時間毎の位置を記録したプロファイルデータに従う前記プレスプログラムを前記プレスプログラム記憶部に記憶させるプロファイルデータ設定部をさらに備える、請求項1又は2に記載のロボットプログラミング装置。
  4. ワークを搬送する1又は複数のロボットと、前記ワークを金型で挟み込んで加工する1又は複数のプレス機とを備えるプレス加工システムの前記ロボットの動作を指定するロボットプログラムを作成するロボットプログラミング装置であって、
    前記ロボットプログラムを記憶するロボットプログラム記憶部と、
    前記プレス機の動作を指定するプレスプログラムを記憶するプレスプログラム記憶部と、
    前記ロボットプログラムの初期値として、前記ロボットの基準となる動作を指定するテンプレートプログラムをロボットプログラム記憶部に記憶させるテンプレートプログラム設定部と、
    前記ワーク、前記ロボット及び前記プレス機の三次元モデルを仮想空間に配置するモデル配置部と、
    前記ロボットプログラムに従って前記ロボットの三次元モデルを動作させるロボット動作処理部と、
    前記プレスプログラムに従って前記プレス機の三次元モデルを動作させるプレス動作処理部と、
    前記ワーク、前記ロボット及び前記プレス機の三次元モデルの相互の干渉を検出する干渉検出部と、
    前記干渉検出部が検出した干渉を解消するよう前記ロボットプログラム記憶部に記憶された前記ロボットプログラムを修正するロボットプログラム修正部と、
    前記プレス機を実際に動作させたときの前記金型の時間毎の位置を記録したプロファイルデータに従う前記プレスプログラムを前記プレスプログラム記憶部に記憶させるプロファイルデータ設定部と、
    を備える、ロボットプログラミング装置。
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