KR100862711B1 - 가지과 채소 합접식 접목로봇 - Google Patents

가지과 채소 합접식 접목로봇 Download PDF

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KR100862711B1
KR100862711B1 KR1020070039449A KR20070039449A KR100862711B1 KR 100862711 B1 KR100862711 B1 KR 100862711B1 KR 1020070039449 A KR1020070039449 A KR 1020070039449A KR 20070039449 A KR20070039449 A KR 20070039449A KR 100862711 B1 KR100862711 B1 KR 100862711B1
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강창호
한길수
이용범
김상철
최홍기
오창준
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대한민국(관리부서:농촌진흥청)
오창준
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Abstract

본 발명은 가지과 채소 합접식 접목로봇에 관한 것으로서, 과채류에서 가지과 채소인 고추와 토마토의 대목과 접수의 파지와 절단 그리고 접합이 자동화 기술에 의해 연속적으로 이루어질 수 있도록 하여 노동력을 절감시키고 접목묘의 안정적인 생산을 유도하기 위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명의 접목로봇은, 대목 공급부(100)에는 뿌리가 함께 구비되어져 있는 대목(A)이 기립상태로 지지되어지도록 상/하부 가이드(111,112)를 구비한 지지대(110)가 구성되되, 상부 가이드(111) 선단에는 단턱(111a)이 형성되고 하부 가이드(112) 선단에는 끼움홈(112a)이 형성되어져 있으며, 접수 공급부(200)는 뿌리가 절단되어진 상태의 접수(B)가 기립상태로 지지되어질 수 있도록 상/하부 가이드(211,212)를 구비한 지지대(210)가 구성되어져 있고, 절단부(300)에는 커팅날(310)이 일정 경사를 이루어 장착된 것을 특징으로 한다.
과채류, 가지과, 합접, 접목, 로봇, 고추, 토마토

Description

가지과 채소 합접식 접목로봇{SPLICE GRAFTING ROBOT FOR RED PEPPER AND TOMATO}
도 1은 본 발명 접목로봇의 외관도.
도 2는 상기 접목로봇의 대목 공급부 상세 구조도.
도 3은 상기 접목로봇의 접수 공급부 상세 구조도.
도 4는 상기 접목로봇의 대목 절단부 상세 구조도.
도 5는 상기 접목로봇의 접수 절단부 상세 구조도.
도 6은 상기 접목로봇의 하부 구동부 구성도.
도 7은 본 발명에서 절단이 이루어진 대목과 접수의 접합전 분리도.
도 8은 상기 접목로봇의 클립공급부 상세 구조도.
도 9은 본 발명에서 접합된 묘가 클립에 의해 클램핑된 상태도.
도 10은 상기 접목로봇의 접목묘 배출부 상세 구조도.
도 11은 본 발명의 동작상태를 나타낸 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 대목 공급부 200 : 접수 공급부
110,210 : 지지대 111,211 : 상부 가이드
111a: 단턱 112,212 : 하부 가이드
112a,211a,212a: 끼움홈 120,220 : 제1,2회전축
121,221 : 그리퍼 122,222 : 전후구동 실린더
123,223 : 상/하부 지지바 300 : 절단부
310 : 대목 절단대 311,321 : 커팅날
312,322 : 왕복실린더 313,323 : 커팅날 홀더
314,324 : 경사 조절구 315,325 : 실린더 고정판
320 : 접수 절단대 400 : 회전구동부
410 : 전후구동 실린더 420 : 연결판
430 : 유동프레임 440 : 구동기어
450,460 : 종동기어 470 : 프레임가이드
500 : 클립공급부 510 : 베이스프레임
520 : 진동수 조절구 530 : 클립호퍼
540 : 자세정렬 가이드 550 : 공급 가이드
560 : 클립안내홈 570 : 전후구동 실린더
580 : 클립푸시봉 590 : 실린더 고정대
591 : 좌우구동 실린더 592 : 그리퍼
600 : 접목묘 배출부 610 : 벨트컨베이어
620 : 구동모터 630 : 접목묘 적재함
A : 대목 B : 접수
C : 클립
본 발명은 과채류 접목로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현재 실용화 되어 있는 박과채소 접목장치의 구조적 변경을 통해 가지과 채소를 자동으로 합접할 수 있도록 한 합접식 접목로봇장치에 관한 것이다.
일반적으로 과채류는 크게 오이와 수박 등의 박과채소와, 고추와 토마토 등 가지과 채소로 구분되어지게 되는데, 박과채소는 연직장애 등을 회피하기 위하여오래전부터 대부분이 접목하여 재배하여 왔으나 가지과 채소는 최근에 접목하여 재배하는 기술이 도입되었다.
한편, 박과채소에 대한 합접식 접목로봇은 현재 일부 공정육묘장에서 실용화되고 있는데, 본 출원인은 국내특허출원번호 제2004-20046호로 "과채류 접목로봇"을 출원하여 등록 제614243호로 권리등록을 받은 바 있다.
이와 같이 박과채소에 대한 접목작업은 접목로봇에 의해 자동화가 이루어져 있으나, 가지과 채소의 경우 대목의 단근여부, 접목할 시기의 대목과 접수의 형상과 대목의 가공위치 등에 있어 박과채소와 차이가 있어 기존의 접목로봇으로는 이용할 수 없는 문제점이 있었다
본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 가지과 채소의 합접작업이 자동화 작업으로 연속과정을 통해 이루어질 수 있도 록 하는 합접로봇을 제공함으로서 고추와 토마토 등과 같은 작물의 합접작업에 필요한 노동력을 최소화 하는 가운데 대량화 되어질 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적은, 과채류의 대목과 접수를 자동으로 접목시키는 접목로봇에 있어서, 뿌리가 함께 구비되어져 있는 상기 대목이 기립상태로 지지되어질 수 있도록 상/하부 가이드를 각각 구비하되, 상부 가이드 선단에는 단턱이 형성되고, 하부 가이드 선단에는 끼움홈이 형성되어져 있으며, 상기 지지되는 대목을 파지한 상태로 회동가능하도록 제1회전축이 구비된 대목 공급부; 뿌리가 절단되어진 상태인 상기 접수가 기립상태로 지지되어질 수 있도록 상/하부 가이드를 각각 구비하되, 상/하부 가이드 선단에는 각각 끼움홈이 형성되어져 있으며, 상기 지지되는 접수를 파지한 상태로 회동가능하도록 제2회전축이 구비된 접수 공급부; 상기 공급부에 지지되어져 있는 대목 및 접수를 절단하기 위한 커팅날이 실린더에 의해 경사를 이루어 왕복 유동되어지도록 구성된 절단부; 상기 제1,2회전축을 상호 대향되는 반대방향으로 회동시키기 위한 회전 구동부; 상기 제1,2 회전축의 회전에 의해 양측에 각각 파지되어진 상태로 대목과 접수의 절단부위간 접합이 이루어진 위치에 집게를 공급하는 집게 공급부;로 구성된 것을 특징으로 하는 가지과 채소 합접식 접목로봇를 통해 이룰 수 있게 된다.
또한, 상기 절단부는 커팅날이 경사방향으로 왕복 구동 되어지도록 커팅날 홀더에 의해 상향 또는 하향 경사각을 이루며 구비되되, 상기 커팅날 홀더는 왕복실린더에 의해 직선운동 가능하게 장착되어져 있으며, 상기 왕복실린더의 일측에는 경사각을 조절하기 위한 각도조절수단이 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각도조절수단으로는 왕복실린더 일측에 경사 조절구가 고정 설치되었으며, 상기 경사 조절구가 삽입 안내되어지도록 실린더 고정판에는 장공이 수평방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 11을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 본 실시예에 따른 접목로봇의 전체적인 구성을 살펴보면 도 1에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트 상부에는 대목(A)을 수직상태로 지지하여 공급하기 위한 대목 공급부(100)와 접수(B)를 지지하여 파지하기 위한 대목 공급부(200)가 상호 일정 간격을 이루어 대칭형태로 구성되었으며, 상기 양측 공급부(100,200)로 부터 공급되어진 대목(A)과 접수(B)를 각각 소정 높이에서 경사방향으로 절단하기 위한 절단부(300)가 2개소에 설치되었고, 상기 절단이 이루어진 대목(A)과 접수(B)간 접합부위에 클립(C)을 공급하여 접합상태를 유지시키기 위한 클립공급부(500)와, 상기 접목이 이루어진 접목묘를 배출하기 위한 접목묘 배출부(600)가 각각 구비되었다.
상기 대목 공급부(100) 및 접수 공급부(200)는 도 2 및 도 3에서와 같이 각각 수직방향으로 상호 일정 간격을 이루며 설치된 지지대(110,210)와 제1,2회전축(120,220)이 한조를 이루게 되는데, 그중 지지대(110,210)에는 상부가이드(111,211)와 하부가이드(112,212)로 이루어져 대목(A) 또는 접수(B)의 상부와 하부를 지지가 가능하도록 구성되었다. 특히 각 가이드(112,211,212)에는 끼움 홈(112a,211a,212a)가 형성되어져 있는데, 대목(A)을 지지하게 되는 대목 공급부(100)의 상부가이드(111)에는 끼움홈이 아닌 단턱(111a)을 형성한 것이 특징이라 할 것이다.
그리고, 상호 대칭형태로 회전이 가능하도록 설치된 제1,2회전축(120,220) 상부에는 전후구동 실린더(122,222)가 고정 설치되었으며, 그 선단에는 대목(A) 또는 접수(B)를 안정적으로 파지하기 위한 그리퍼(121,221)가 그리퍼 실린더(미도시)에 의해 집게동작이 가능하도록 구성되었다.
한편, 절단부(300)는 도 4 및 도 5에서와 같이 회전축(120,220)이 90도 회전된 위치에 대목절단대(310)와 접수 절단대(320)가 각각 설치되어져 있는데, 각각에는 왕복실린더(312,322)가 실린더 고정판(315,325)에 의해 고절 설치되었으며, 왕복실린더(312,322) 선단에는 커팅날(311,321)이 커팅날 홀더(313,323)에 의해 홀딩된 상태를 이루며, 실린더 고정판(315,325)에는 수평방향으로 장공(316,326)이 형성됨과 함께 상기 장공(316,326)에는 일단이 왕복실린더(312,322)에 고정되어져 있는 경사 조절구(314,324)가 슬라이딩 유동 가능하도록 구성되어져 있어 왕복실린더(312,322)의 경사각을 조절할 수 있게 된다.
특히, 대목절단대(310)의 커팅날(311)은 도 4에서와 같이 소정의 상향각을 이루어 절단동작이 이루어지도록 구비되었으며, 접수절단대(320)의 커팅날(321)은 도 5에서와 같이 소정의 하향각을 이루어 절단동작이 이루어지도록 구비되었다.
도 6은 본 발명 회전구동부(400) 구성을 도시한 것으로서, 2단계에 걸쳐 구동이 이루어지는 전후구동 실린더(410)의 일단에는 유동프레임(430)이 연결판(420) 에 의해 연결 구성되었으며, 상기 유동프레임(430)의 양측에는 직선형태의 구동기어(440)가 형성되어져 있고, 구동기어(400)와 치합되는 원형의 종동기어(450,460)가 제1,2회전축(120,220)의 하부에 구성되어져 있어 전후구동 실린더(410)의 1단 전진시 제1회전축(120)은 반시계방향 제2회전축(220)은 시계방향으로 90도 회전하며 2단 전진시 각각은 다시 같은 방향으로 90도 추가 회전이 이루어지게 된다. 미설명 부호 470은 유동프레임(430)의 직선유동을 가이드 하기 위한 프레임가이드를 나타낸다.
도 8은 본 발명 클립공급부(500) 구성을 도시한 것으로서, 베이스프레임(510)에 의해 지지되며 내부에 다수의 클립(C)이 담겨지는 클립호퍼(530)와, 클립호퍼(530)의 상단 주변을 따라 클립(C)이 이송되면서 자세정렬이 이루어지도록 하는 자세정렬 가이드(540)와, 자세 정렬이 이루어진 클립(C)을 공급하는 공급 가이드(550)와, 공급 가이드(550) 선단에서 공급된 클립이 안내되어지는 클립안내홈(560)과, 하단부의 실린더 고정대(590)에 장착된 전후구동 실린더(570)과, 상기 전후구동 실린더(570)에 의해 직선방향으로 구동되어지는 클립푸시봉(580)과, 좌우구동 실린더(591)에 의해 클립(C)의 집게형태 유동을 제어하는 그리퍼(592)로 구성된다. 미설명 부호 520은 진동수 조절구인 바이브레이터를 나타낸다.
도 10은 접목이 완료된 접목묘 배출부(600)를 도시한 것으로서, 일단에 낙하되어진 접목묘를 타단의 접목묘 적재함(630)으로 이송하기 위한 벨트컨베이어(610)와, 상기 벨트컨베이어(610)를 구동시키기 위한 구동모터(620)가 설치되어져 있다.
이와 같은 구성을 이루는 본 발명 접목로봇의 동작에 따른 작용효과를 도 11 의 순서도를 통해 살펴보기로 한다.
먼저, 메인 스위치가 ON 되어 전원이 인가되면 도 2에 나타내어진 바와 같이 작업자가 대목(A)의 본엽(10)을 잡고 뿌리쪽의 상토(12)를 대목 공급부(100)의 하부가이드(112) 끼움홈(112a)에 걸어서 거치시키면서 상부가이드(111)의 단턱(111a)에 대목의 배축(11)을 유도시키게 되며, 대목의 공급이 완료되었음을 확인한 작업자가 풋스위치(미도시)를 밟아서 신호를 인가하면 제어부가 전후구동 실린더(122)를 구동시켜 그리퍼(121)가 그리퍼 실린더(미도시) 동작에 의해 배축(11) 부분을 안정적으로 파지하도록 함으로, 이후 절단부(300) 및 클립공급부(500)로 이송되는 과정에서 상토(12)의 흐트러짐이 발생하지 않게 된다.
한편, 접수 공급부(200)에서는 도 3에 도시된 바와 같이 작업자가 육묘트레이에서 뿌리쪽의 배축을 절단한 접수(B)의 배축(21)을 잡고 본엽(20)이 상부가이드(211)의 끼움홈(211a)에 걸면서 배축(21)을 하부가이드(212)의 끼움홈(212a)에 끼워준 상태에서 풋스위치를 밟아주게 되면 역시 전후구동 실린더(222)의 구동에 의해 전진된 그리퍼(221)가 그리퍼 실린더(미도시) 동작에 의해 배축(21) 부분을 안정적으로 파지하게 된다.
이와 같이 대목(A)과 접수(B)가 각각 그리퍼(121,221)에 의해 파지된 상태에서 회전구동부(400)의 1단구동 동작에 의해 양측의 제1,2회전축(120,220)이 상호 대칭되는 방향으로 90도 회전하게 되면 도 4 및 도 5에서와 같이 각각은 대목 절단대(310)와 접수 절단대(320)와 대향되는 절단위치에 이르게 된다.
이러한 절단부(300) 위치 상태에서 양측 절단대(310,320)의 왕복실린 더(312,322)가 동작하게 되면 도시된 바와 같이 대목 절단대(310)측 커팅날(311)은 상향 경사각(θ)을 이루어 직선 유동이 이루어지고, 접수 절단대(320)측 커팅날(321)은 하향 경사각(θ)을 이루어 동작이 이루어짐으로 절단 동작이 이루어지게 된다.
이때, 상부 지지바(123)와 하부 지지바(223)가 배축(11,21)을 받쳐주고 있기 때문에 보다 효과적인 커팅이 이루어질 수 있게 된다.
상기 절단작업이 이루어진 대목(A)과 접수(B)가 각각 그리퍼(121,221)에 파지되어져 있는 상태에서, 각각의 제1,2회전축(120,220)은 다시 회전구동부(400)의 2단구동으로 인해 90도 회동(공급부 기준으로는 180도 회동)이 추가적으로 이루어지게 되고, 그에 따라 대목(A)과 접수(B)는 도 7에서와 같이 상호 높이를 달리하며 동일한 위치에서 만나서 상호 절단부위간 접하는 상태를 이루게 된다.
이러한 상태에서 상호간 접합부위에 대해 클립공급부(500)로 부터 클립(C)의 공급이 이루어지게 된다.
즉, 클립호퍼(530)에 담겨져 있는 다수개의 클립(C)은 진동수 조절구(520)에 의해 조절되는 진동으로 인해 자세정렬 가이드(540)를 따라 이송되는 과정에서 자세가 정렬되고, 하향 경사를 이루고 있는 공급 가이드(550)의 안내홈에 의해 공급이 이루어진다.
계속하여 공급이 이루어진 클립(C)은 가이드 하단의 클립안내홈(560)에 위치되어진 후 전후 구동실린더(570)의 전진동작에 의해 클립푸시봉(580)이 전방으로 구동되면서 클립(C)을 그리퍼(592) 위치까지 밀어주어 접목묘의 위치까지 이동되어 지게 되고, 이후 좌우구동 실린더(591)의 구동에 의해 그리퍼(592)가 벌어지면서 클립(C)을 잡고 있던 힘이 해제되어지게 된다.
따라서, 도 9에서와 같이 대목과 접수는 클립(C)에 의해 절단면의 접합된 상태가 안정적으로 유지되어질 수 있게 된다.
그리고, 이와 같이 접합이 이루어진 접목묘는 그리퍼 실린더(미도시) 동작에 의해 그리퍼(121,221)에 의한 파지상태가 해제되어지면서 접목묘 배출부(600)의 벨트컨베이어(610)로 떨어지게 되고, 제1,2회전축(120,220)는 회전구동부(400)의 역방향 구동으로 인해 반대방향으로 180도 회전함으로서 다음 대목과 접수를 파지하기 위한 공급 원위치 상태를 이루게 된다.
한편, 벨트컨베이어(610) 위에 낙하되어진 접목묘는 구동모터(620)의 구동으로 인해 장치 일측으로 배출되어진 후 접목묘 적재함(630)에 보관되어지게 된다.
따라서, 이와 같은 구동 동작이 연속적으로 반복 수행되어짐으로 고추 및 토마토의 접목작업이 원활히 수행되어질 수 있게 되는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 접목로봇은, 기존 인력에 의존하여 수행되던 고추 및 토마토의 접목작업을 자동화 기술을 이용하여 시간당 600주를 접목할 수 있게 되어 작업 생산성을 향상시키는 효과를 나타낸다.
특히, 대목 공급부측의 상부가이드 선단에 기존의 끼움홈 방식이 아닌 일측이 평탄면 형태를 이루는 단턱을 형성시킴으로서, 뿌리쪽에 상토를 구비하고 있는 대목의 위치 지지가 단턱 부위를 따라 안내되어질 수 있게 되어 접목작업이 보다 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.
또한, 대목 및 접수의 절단이 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 커팅날이 일정 경사각을 이루는 가운데 직선방향으로 왕복 구동되어지게 됨으로, 기존의회전방식에 비해 접합 품질을 향상시키는 이점을 나타내게 된다.

Claims (8)

  1. 대목 공급부(100)와 접수 공급부(200)로 부터 각각 공급이 이루어지는 대목(A)과 접수(B)가 절단부(300)에서 각기 절단되어지고, 상기 대목(A)과 접수(B)의 절단부위간 접합 부위는 클립 공급부(500)로 부터 공급되는 클립(C)에 의해 합접되어지는 접목로봇에 있어서,
    대목 공급부(100)에는 뿌리가 함께 구비되어져 있는 대목(A)이 기립상태로 지지되어지도록 상/하부 가이드(111,112)를 구비한 지지대(110)가 구성되되, 상부 가이드(111) 선단에는 단턱(111a)이 형성되고 하부 가이드(112) 선단에는 끼움홈(112a)이 형성되어져 있으며;
    접수 공급부(200)는 뿌리가 절단되어진 상태의 접수(B)가 기립상태로 지지되어질 수 있도록 상/하부 가이드(211,212)를 구비한 지지대(210)가 구성되어져 있고;
    상기 절단부(300)에는 커팅날(310)이 경사를 이루어 장착된 것;을 특징으로 하는 가지과 채소 합접식 접목로봇.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 대목 공급부(100)의 상부 가이드(111) 선단에 형성된 단턱(111a)은 대목(A)의 거치과정에서 배축(11) 상단부분이 가이드 되어질 수 있도록 일측이 평탄면을 이루는 것을 특징으로 하는 가지과 채소 합접식 접목로봇.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 대목 공급부(100) 및 접수 공급부(200)에는 각각 대목(A) 및 접수(B)를 파지하여 회동시키기 위한 제1회전축(120)과 제2회전축(220)이 각각 구비되되, 상기 각 회전축(120,220)에는 대목(A)과 접수(B)를 개별적으로 파지하기 위한 그리퍼(121,221)와, 상기 그리퍼(121,221) 위치의 전후진 유동을 위한 전후구동 실린더(122,222)와, 상기 그리퍼(121,221)에 파지된 대목(A) 또는 접수(B)의 직립상태를 지지하기 위한 지지바(123,223)가 구성된 것을 특징으로 하는 가지과 채소 합접식 접목로봇.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 절단부(300)는 커팅날(311,321)이 경사방향으로 왕복 구동 되어지도록 커팅날 홀더(313,323)에 의해 상향 또는 하향 경사각을 이루며 구비되되, 상기 커팅날 홀더(313,323)는 왕복실린더(312,322)에 의해 직선운동 가능하게 장착되어져 있으며, 상기 왕복실린더(312,322)의 일측에는 경사각을 조절하기 위한 각도조절수단이 구성된 것을 특징으로 하는 가지과 채소 합접식 접목로봇.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각도조절수단으로는 왕복실린더(312,322) 일측에 경사 조절구(314,324)가 고정 설치되었으며, 상기 경사 조절구(314,324)가 삽입 안내되어지도록 실린더 고정판(315,325)에는 장공(316,326)이 수평방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 가지과 채소 합접식 접목로봇.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 클립공급부(500)는 다수의 클립(C)이 담겨지는 클립호퍼(530)와, 클립호퍼(530)의 상단 주변을 따라 클립(C)이 이송되면서 자세정렬이 이루어지도록 하는 자세정렬 가이드(540)와, 자세 정렬이 이루어진 클립(C)을 공급하는 공급 가이드(550)와, 공급 가이드(550) 선단에서 공급된 클립이 안내되어지는 클립안내홈(560)과, 하단부의 실린더 고정대(590)에 장착된 전후구동 실린더(570)과, 상기 전후구동 실린더(570)에 의해 직선방향으로 구동되어지는 클립푸시봉(580)과, 좌우구동 실린더(591)에 의해 클립(C)의 집게형태 유동을 제어하는 그리퍼(592)로 구성된 것을 특징으로 하는 가지과 채소 합접식 접목로봇.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1,2회전축(120,220)을 상호 대향되는 반대방향으로 회동시키기 위한 회전 구동부(400)가 장치 저부에 구성된 것을 특징으로 하는 가지과 채소 합접식 접목로봇.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 회전 구동부(400)는 유동프레임(430)을 전후로 직선 유동시키기 위해 연결판(420)으로 연결 구성된 전후 구동 실린더(410)와, 상기 유동프레임(430)의 양측에 직선방향으로 구성된 구동기어(440)와, 상기 구동기어(440)와 치합된 상태를 이루어 제1,2회전축(120,220)의 하부에 원형의 형상으로 형성된 종동기어(430)로 이루어진 것을 특징으로 하는 가지과 채소 합접식 접목로봇.
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