JPS6134610A - ロボツトの制御装置 - Google Patents

ロボツトの制御装置

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JPS6134610A
JPS6134610A JP15808784A JP15808784A JPS6134610A JP S6134610 A JPS6134610 A JP S6134610A JP 15808784 A JP15808784 A JP 15808784A JP 15808784 A JP15808784 A JP 15808784A JP S6134610 A JPS6134610 A JP S6134610A
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JP
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robot
speed
speed change
time
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JP15808784A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Shimizu
勝彦 清水
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/416Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、ロボットの制御装置に係り、特にロボット
を高精度に制御するためのロボットの制御装置に関する
「従来の技術」 ロボットの制御を高精度に行うために、アーム、手首部
、旋回台等のロボット要素の慣性モーメントを小さくし
たり、サーボ制御ループのゲインを上げて追従性を改善
することが従来から行われている。
「発明が解決しようとする問題点」 ロボット要素の慣性モーメントを小さくするのは物理的
に限界があり、またサーボ制御ループのゲインをあまり
上げると応答が振動的になってしまうから制限があり、
いずれにしても完全に追従性の遅れをなくすことはでき
ない。
しかし追従性の遅れがあると、たとえばある目的位置よ
り前は速くロボット要素を動かし、その後はゆっくりと
ロボット要素を動かしたい場合に、目的位置を過ぎても
前の速い速度でロボット要素がしばらくの開動いてしま
うことになるから、品質的にも位置精度的にも所望の作
業結果を得られないことがある。
[問題点を解決するための手段」 この発明のロボットの制御装置は、時間の進行にしたが
ってロボット要素に順に与えるべき一群の指令値を教示
されて記憶している指令値記憶手段、」−記の記憶して
いる指令値に基づいて、ロボット要素の移動速度がその
前後で所定のパターンに従った変化をする変速時点を算
出する変速時点算出手段、および上記変速時点の所定時
間前からその変速時点にかけての期間において、その期
間についての記憶した指令値をロボット要素に与える代
わりに、その変速時点より前の移動速度と後の移動速度
の間の移動速度でロボット要素を移動させるべく算出し
た指令値をロボット要素に与える変速先行手段を具備し
て構成される。
上記の各手段は、たとえばマイクロコンピュータシステ
ムを用いて構成することができる。
「作用」 この発明のロボットの制御装置では、ロボット要素の移
動速度を変更すべき時点より所定時間前から、変更前と
変更後の速度の間の中間的な速度で先行して速度を変更
する。したがって、ロボット要素の追従遅れは、このよ
うに先行して行われる速度変更で打ち消され、実際上、
はぼ教示された時点で速度変更が行われるようになる。
「実施例」 以下、図に示す実施例について説明する。ここに第1図
はこの発明の一実施例のロボットの制御装置とそれによ
り制御されるロボットの一例からなるロボットシステム
の構成説明図、第2図は第1図に示すシステムの作動の
原理的な説明図、第3図は第1図に示すロボットの制御
装置の作動の要部のフローチャー1・、第4図は各ロボ
ット要素の追従遅れ量が不一致の場合に生じる誤差の説
明図、第5図は遅れ量算出処理の説明図である。
さて第1図において、ロボット10は、X軸11、Y軸
21およびZ軸31の3つのロボット要素をもち、各軸
11.21.31に対して駆動機構12.22.32と
位置センサ13.23.33と、検出回路14.24.
34とをそれぞれ備えている。
ロボットの制御装置1は、指令値記憶手段2と、変速時
点算出手段3と、指令値出力手段4と、遅れ量算出手段
5とを具備している。
まず第2図を参照して、この制御装置1を原理的に説明
する。いまX軸11について指令値記憶手段2に記憶さ
れている教示点がQI2〜Q23のようであって、Q1
0 〜Q2oでは1制御周期当り+5ポイントの速度で
、Q、。〜Q23では1制御周期当り+20ポイントの
速度でX軸11を移動したいものとする。
従来の場合は、教示点QI2〜Q23の位置データθが
そのままX軸11への指令値りとされるため、変速点Q
2oを越えてからX軸11の速度変更が始まるが、X軸
11の追従遅れのために速度変更は急には実現されない
から、第2図に2点鎖線で示すように、教示データの変
速点Q2oより大分遅れて事実上の変速点Q2o′があ
られれる。そこで教示データと作業結果の間に時間的。
位置的な誤差を生じる。
一方、この発明の制御装置1では、変速時点算出手段3
が教示された位置データθから予め変速時点l−20を
算出し、指令値出力手段4がその変速時点1=20より
5制御周期前の時点1=15からその変速時点1=20
まで1制御周期当り8ポイントの速度となるような指令
値を出力する。
すなわち、記憶している教示点QI5”Q2゜の代わり
に、先行変速点PI5〜P2゜がX軸11に指示される
。そこでX軸11は、先行変速点PI5〜P2゜をトレ
ースしようとするが、追従遅れがあるために、第2図に
一点鎖線で示すように、変速の実現が遅れてしまう。と
ころが、この遅れて実現される変速点p/2゜は元々の
教示データの変速点Q2゜にほぼ一致するものである。
結局のところ、教示点012〜Q23に忠実にX軸11
を移動できることとなる。
さて第3図(a)〜(g)は、制御装置1の作動のフロ
ーチャー1・である。ただし、ロボット要素数をNとす
る等の一般化を行っている。
まず第3図(a)について説明すると、「開始」の前に
指令値記憶手段2には一群の指令値θ□1が教示され記
憶されている。ここでmはロボット要素の番号、iは時
間を意味する変数であり、m−1〜N、i=1〜Jとし
ている。
「開始」が行われると、「初期化」として全てのロボッ
ト要素の遅れ量dmがOにされ、また最大遅れ量dいお
よび仮最大遅れ量d′いがOにされる。次いで時刻ばi
=1とされ、ロボット要素番号はm=lとされる。
「変速時点算出」は、第3図(b)に示すように、現在
時刻iよりもαだけ先の時点(i+α)でそのロボット
要素の進行に所定のパターンの速度変化があるか否かを
判定すると共に、速度変化がある場合にはそのパターン
の種類に応じた特別の処理を行うべき区間を設定するル
ーチンである。
速度変化があるか否かの判定は、現在時刻iよりもαだ
け先の時点(i+α)についての記憶した指令値θm 
(□+、と、それより1制御周期だけ先の時点(i+α
+1)についての記憶した指令値θ□(i+ a+゛口
 との差Aを求めて時点(i+α)以後の速度を算出し
、また同様にθ□(t+m)とθm(14,1−l)と
の差Bから時点(i+α)以前の速度を算出し、これら
の差IA−B 1が所定の小さな値ε1より大であれば
6速度変化あり”、小であれば“速度変化なし”と決め
られる。
“速度変化あり”であれば、時点(i+α)は変速時点
である。このときA又はBが所定の小さな値ε2又はε
3より小であるとすれば、ロボット要素が実質的に停止
する場合か又は停止状態から動き始める場合である。こ
れらの場合はそれぞれに適応した処理を行うために、特
別の区間すなわち“平坦入処理区間”又は“平坦比処理
区間”を定める。一方、A又はBがそれぞれε2又はε
3より大であって、かつ同符号であれば、それは速度の
増減が行われる場合であるから、それに適した処理を行
うために“増減速処理区間”を定める。
また異符号であれば、それはロボット要素の進行方向が
反転する場合であるから、それに適応した処理を行うた
めに“反転処理区間”を定める。
区間の定め方は多様であるが、たとえば“増減速処理区
間”の設定の一例を挙げれば、第3図(c)に示すよう
に増減速処理区間の始点v13は変速時点(i+α)よ
りも(Kml”m)だけ前に設定され、終点■meは変
速時点(i+α)に定められる。ここでKmlはロボッ
ト各要素で予め設定される比例定数、dlllはそのロ
ボット要素の遅れ量であって、始点■4.はそのロボッ
ト要素の遅れ量dmが大きいほど変速時点(i+α)よ
り前に定められることになる。なお、増減処理区間の設
定と同時に、この区間でロボット要素に出力すべきff
t令値Dm工を算出するための補正量Gmが(A  B
 )、 X Km 2により算出される。
ここでKm2は予め設定される比例定数であり、通常、
ロボット各要素のゲインの大小により定まる。
“速度変化なし”であれば、時点(i十α)は変速時点
ではないから、上記のような区間の設定は行われない。
次に[指令値I)mtおよび遅れ量dmの算出」は、ロ
ボット要素に出力すべき指令値Dm□を算出し、かつ遅
れ量dイを検出するルーチンである。
第3図(d)に示すように、指令値Dmlの遅れを考慮
して仮想的に定めた時刻jが特別の処理を行うべき区間
に属する場合には、その区間ごとに定められた特別の処
理によりDmLおよびdmが算出され、特別の処理を行
うべき区間に属していない場合には、「等速進行処理」
によりI)mtおよびdmが算出される。
特別の処理によるり、lILおよびdlllの算出の内
容は、それぞれの区間の種類に対応して異なるが、この
発明の特徴が最も良くあられれている「増減速処理」に
ついて説明する。
この「増減速処理」では、第3図(e)に示すごとく、
指令値Dm□は、現在時刻lよりも(d ++axdm
)だけ前の記憶指令値θm(L−a〜ヤJ、ll)に補
正量G□のN−Vms)倍の値を加算して算出される。
ここでd−は、全てのロボット要素の遅れ量のうちの最
大値である。
現在時刻iにおいて、記憶指令値θmlを取り出さずに
何故にθm(1−Jい。+am)を取り出すかについて
の理由は次のとおりである。
すなわち、第4図に示すように、ロボット要素がX軸と
Y軸であり、これらを同時駆動して点P1から点P2へ
時間Tで移動させる場合を考えると、時間進行のまま指
令値りを与えるものとすれば、X軸およびY軸への指令
値D1およびり、は、γ= (X2  XI )/T、
  β−(Y2  Yl ) /Tとして、 D、=X、  +γ・t        ・・・■D、
 −Y、  +β・t        ・・・■となる
が、X軸に追従遅れ量d1があり、Y軸に追従遅れ量d
2があれば、現実のX軸およびY軸の位置θ1′および
θ、′ば、 θI ’ =x、→−γ・ (t  d+)  ・・・
■θ2′−Yl +β・ (t  dz)  ・・・■
となる。
ここでd、<a2とすると、X軸はY軸から見れば勝手
に先に進行していることになり、第6図で示すと点P、
と点P2とを直線(破線で示しである。)で結ばずに曲
線(2点鎖線で示しである。)で結ぶ結果となる。これ
は即ち意図している作業線から外れていることを意味し
ている。
そこでの、■式のり、、D2に代えて、D、’ =X、
 +7・ (t−d2+d、)・・・■′D2’ =Y
、十β・ (t−d、+d、)・・・■′をX軸1Y軸
に与えるものとすれば、■、■式は、θI ’−x、+
γ・ (t  d2 +d、−d、)・・・■′ θ*’−y、+β・ (t  d2)   ・・・■′
となる。07式を整理すれば θl’ −XI +γ・ (t  d2)   ・・・
■“となるから、(t−d2)をt′とおけば、θl’
 −X2+T−t’        ・・・■θ2 ’
 =Y1 +β・t′       ・・・■となり、
時間の進行は時間d2だけ遅れるけれどもX軸、Y軸の
相互の位置関係が時間の進行とともに忠実に教示されて
いた指令値を実行できることになる。つまり、第4図で
例示する点Q2′のように、意図している作業線(破線
)から外れないようになる。
これを実施例の制御装置1に適用すれば、各ロボット要
素の遅れ量d、、d、、・・・の最大値をd−としたと
き、各ロボット要素の時間の進行を(d−。
−d、n)づつ遅らせてやればよいことになる。
以上の理由により、現在時刻iのときに01□に代えて
θm(1−J +m−1−J m )を取り出すのであ
る。そこでiは実時間の進行をあられし、(i−dいx
”am)は遅れを考慮した時間(これは先述のjである
。)の進行をあられしている。なお、そのロボット要素
の遅れ量dmが最大値d−に相当するときは、(d−−
dlll)−〇となるから、結果的にθmlが取り出さ
れることになる。
時間の遅らせ方の他の例としては、上記のようにN  
’l+aX+dm)とする代わりに、そのロボット要素
に固有の値S、を定めて、(+  ’++ax+dln
−S、)のように遅らせるものが挙げられる。
このSmの定め方は、例えば一つのロボット要素のむだ
時間をTm、遅れ要素の時定数をT、n′ としたとき
、全ロボット要素のうちTll1十Tl1l′が最大の
ロボット要素についてはSm−0とし、他のロボット要
素についてはそのロボット要素のTm十Tll1′ と
最大のロボット要素のTl1l十Tm′の差をそのロボ
ット要素のSmと定めるものが挙げられる。
さらに他の例としては、時間の遅らせ方を(idry−
dm  −8,n、のごとく遅らせるようにしたものが
挙げられる。ここで←a−dyは、例えば端数切り捨て
により整数化する。この例によれば、時間の遅らせ方を
(i−dいう+d m  S m )とするときよりも
遅らせ量が小さくなるので、敏感性は小さくなるが、清
らな動作が得られる。
Dm□の算出の後“遅れの測定”が行われる。
“遅れの測定”は、時刻量が進行するたびに各ロボット
要素の遅れ量dmを新たに算出する処理で、遅れ量算出
手段5において実行される。
まず、第3図(g)に示すように、現在時点iよりdm
だけ前の記憶指令値θm(1−am) が取り出され、
推定位置Aとされる。これは現在値θ□、′に最も近い
とされる値である。また推定位itlより1制御周期前
の記憶指令値θm(□−am−1)が取り出され、移動
方向判別値Bとされる。
遅れ量算出の具体的処理においてdmO値を増減する方
向がロボット要素の移動方向によって異なるために、t
ll’、定位置Aと移動方向判別位置Bとが比較され、
第3図(g)のフローが2つに分岐される。しかし、原
理的には同しなので、いまA〉BがYesである場合(
ロボット要素が増加方向に移動する場合)についてのみ
説明する。
第5図に示すように、A>Bであるということは、位置
データθm1が増加する方向に変化しているということ
である。したがって、111定位iAと現在位置θ、□
′とを比較したとき、もしθ□1′が第5図に示すC1
又はC2の位置にあれば、A≧θ、□′となるから、現
在位置θ□□′が推定位置Aより遅れているか等しいこ
とを意味している。したがって遅れ量d、、lを増加ま
たは保存する処理へ分岐する。一方、もしθmL′が第
5図に示すC3の位置にあれば、A〈θ□、′となり、
これは逆に遅れが小さくなっていることを意味している
から、遅れ量dl11を減少させる処理へ分岐する。増
加または保存する処理と減少させる処理とは、原理的に
同じなので、いまA≧θ□1′がYesである場合につ
いてのみ説明する。
まずθml′が第5図に示すC1の位置にありA≧θm
t′であるとすれば、dmは1だけ増加される。遅れ量
dINが現在時刻iまでの経過時間iを越えることは通
常ありえないが、もしも越えた場合は、例外的にdmを
1だけただちに減少させる。つまり、元のd□の値を保
持させる。また、dmを1だけ増加させた時点の指令値
の変化をチェックし、変化がなければ例外的に上記と同
様に元のdmの値を保持させる。さらにまた、dmが所
定の上限値を越えたときも同様に元のdmの値を保持さ
せる。遅れ量dmが、現在までの経過時間iを越えず、
また上限値も越えないときは、増加したdmを用いて推
定位置Aを定める。つまり、推定位置Aを1制御周期だ
け前の位置すなわち第5図に示す位置Bへずらせる。
ここで再びAとθ、□′を比較しくすなわち第5図でB
とCIを比較し)、もしA≧θイ□′であれば再びdm
を1だけ増加する処理へ戻る。これを繰り返せば、Aは
次第に減少するから、ついにはA≧θml′が成立しな
くなる。そこで、そのときのd。から1だけ引いたもの
を新たなdmとする。なお、はじめにA−θ□、′であ
ったときは、d□が1だけ加算されることによってA≧
θmt′が成立しなくなるから、すぐにそのdmから1
だけ引かれ、結局のところ元のdmの値が保存される。
以−1−のようにして指令値T)mt と遅れ量dmが
算出されると、再び第3図(a)のフローに戻り、次は
dmが仮最大遅れ量d′、8と比較され、大きければ仮
最大遅れ量d′い、が更新される。この結果、m=1か
らm=Nまで−通り処理が行われたとき、d′い、は各
ロボット要素の遅れ量dmのうち最大の値を保持してい
ることになる。仮最大遅れ量d′、うば、次の時刻口+
1)になる際に最大遅れ量d−として設定される。
上記のように設定された指令値Dm□は、「サーボ制御
」の処理において対応するロボ・ント要素に出力される
。この「サーボ制御」処理は従来公知の処理と同様であ
るので、説明は省略する。
さて、以上の処理についての理解を助けるために数値例
を挙げる。ただし、ロボット要素はただ一つだけを考え
、そのロボット要素が最大遅れ量を有しくつまりi−j
であるとする)、教示点は第2図に示すQI2〜Q23
が教示され、α−7、Km +−1,Km2 =115
.  C1−C2−C3−2が設定されているものとす
る。
1−13のときに、「変速時点算出」 [第3図(b)
コにおいて0m2゜−200,0m19−195、θ1
1121−220が読み出され、A=+20、B=+5
が算出される。そこでIA−Bl−15となり、1A−
Bl≧61が成立する。また、IAI≧82+  IB
I≧83が成立し、かつAとBは同符号であるから、「
増減速処理区間の設定」 〔第3図(c)〕へ移行する
1−12のときに、dm−5が得られていたとすると、
「増減速処理区間の設定」 [第3図(c)]テ、V、
、=15.V、、=20が算出され、かつG m −3
が算出される。
1−j−14までは特別の区間として設定されていない
から、「指令値DI、l工および遅れ量dmの算出」 
〔第3図(d)〕において「等速進行処理」に移行する
が、1=j=15になると、これは設定された増減速処
理区間であるから「増減速処理」 [第3図(e)]に
移行する。
「増減速処理」 [第3図(e)]では、Dm15=θ
n++a+3X(1515)=175が算出される。ま
た同様に、Dm I G ” 18.3.  D、、 
l 7=191.Dm+g=199.D、n+5=20
7、Dm2゜−215が算出される。
1=j=20からは特別の区間として設定されていない
から、「等速進行処理」に移行する。
ちなみに、「等速進行処理」について簡単に説明すると
、第3図(f)に示すように、現在時刻量よりも(dm
x−dm)だけ前の時刻すなわち時刻(” 、ax+d
m )に対応して記憶されている指令値θm(L−Jい
□−J m)  が読み出され、指令値Dmよとされる
。もしも全てのロボット要素に遅れがなければ、dい。
−0,dm=oだから、DmL−θIn□となり、記憶
していた指令値θ0、が通常の時間の進行にしたがって
順に取り出される。また、そのロボット要素が最も遅れ
量の大きいものである場合には、d、、、−dmだから
、Dm□−θ□、となり、この場合も通常の時間の進行
にしたがって記憶していた指令値θm□が順に取り出さ
れる。しかし遅れitd’mが0でなく最大でもない場
合には上記のように(d 、、、 −d□)だけの時間
の進行が遅らされ、記憶指令値θm (L−J wyf
J+n)が取り出される。
さて、m=l〜N、i=1〜Jについて上記処理が−通
り終了したとき、遅れ量dn、が最大のロボット要素に
ついては、記憶してた指令値θm4の出力を全て完了し
ている。しかし、遅れ量dmがそれより小さいロボット
要素については時間の進行を遅らせているから、まだ出
力していない記憶指令値θ□□を残している。そこで、
処理手続上、現在時刻iをJとしたまま上記処理をさら
に繰り返す。これにより各ロボット要素の遅れ量d□は
次第に小さくなるから、それをd mxによってチェッ
クし、d−が所定の小さな値ε。より小さくなったら、
実質的に最終目的位置に到達したものとみなし、作動を
終了する。
「発明の効果」 この発明のロボットの制御装置は、時間の進行にしたが
ってロボット要素に順に与えるべき一群の指令値を教示
されて記憶している指令値記憶手段、上記の記憶してい
る指令値に基づいて、ロボット要素の移動速度がその前
後で所定のパターンに従った変化をする変速時点を算出
する変速時点算出手段、および上記変速時点の前および
/または後の所定期間において、その期間についての記
憶した指令値をロボット要素に与える代わりに、上記移
動速度の変化の方向と逆方向に変更した新たな指令値を
ロボット要素に与える逆指令手段を具備して構成され、
これによればロボット要素の変速が精度高く所定の時点
で実行されるから、作業精度を格段に向上することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例のロボットの制御装置とそ
れにより制御されるロボットの一例からなるロボットシ
ステムの構成説明図、第2図は第1図に示すシステムの
作動の原理的な説明図、第3図は第1図に示すロボット
の制御装置の作動の要部のフローチャート、第4図は各
ロボット要素の追従遅れ量が不一致の場合に生じる誤差
の説明図、第5図は遅れ量算出処理の説明図である。 (符号の説明) 1・・・ロボットの制御装置 2・・・指令値記憶手段 3・・・変速時点算出手段 4・・・指令値出力手段 5・・・遅れ量算出手段   10・・・ロボット11
.21.31・・・ロボット要素 13.23.33・・・位置センサ。 出側人  株式会社神戸製鋼所

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(a)時間の進行にしたがってロボット要素に順に
    与えるべき一群の指令値を教示されて記憶している指令
    値記憶手段、 (b)上記の記憶している指令値に基づいて、ロボット
    要素の移動速度がその前後で所定のパターンに従った変
    化をする変速時点を算出する変速時点算出手段、および (c)上記変速時点の所定時間前からその変速時点にか
    けての期間において、その期間についての記憶した指令
    値をロボット要素に与える代わりに、その変速時点より
    前の移動速度と後の移動速度の間の移動速度でロボット
    要素を移動させるべく算出した指令値をロボット要素に
    与える変速先行手段を具備し、これによりロボット要素
    で変速が実行される時の遅れを抑制したことを特徴とす
    るロボットの制御装置。
JP15808784A 1984-07-27 1984-07-27 ロボツトの制御装置 Pending JPS6134610A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105589407A (zh) * 2014-11-06 2016-05-18 发那科株式会社 工业用机器人的程序修正装置和程序修正方法

Cited By (4)

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