KR101758698B1 - 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템 - Google Patents

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KR101758698B1 KR1020100089808A KR20100089808A KR101758698B1 KR 101758698 B1 KR101758698 B1 KR 101758698B1 KR 1020100089808 A KR1020100089808 A KR 1020100089808A KR 20100089808 A KR20100089808 A KR 20100089808A KR 101758698 B1 KR101758698 B1 KR 101758698B1
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Abstract

본 발명은 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템에 관한 것으로서, 로봇 동작을 제어하는 동시에 사용자 인터페이스를 처리하도록, 로봇의 상태정보 및 작업파일 편집화면을 제공하는 디스플레이 패널, 사용자의 명령을 입력받을 수 있는 버튼/데드맨 스위치와 비상정지 스위치 및 로봇 제어 및 사용자 인터페이스용 소프트웨어를 탑재하며 로봇과 통신하기 위한 통신포트를 갖는 중앙처리유닛을 구비한 조작반 일체형 로봇 제어기와; 로봇의 각축을 구동하는 모터들, 모터 구동을 위한 모터 드라이버들, 로봇 내부 및 외부의 입출력 신호 처리를 위한 I/O 모듈 및 전원공급장치를 구비한 로봇 본체와; 상기 로봇 제어기와 로봇 본체 간의 통신 및 신호 전송을 위해 이들을 연결하는 케이블을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 제어기 본체와 교시 조작반이 일체화됨으로써 효율적인 구조로 구성할 수 있는 이점이 있다. 또한, 로봇 제어기의 구조가 단순해지므로 사용되는 부품의 수가 줄어들고 제작 작업에 소요되는 시간이 절약되므로 제어기의 제작비가 절감되는 이점이 있다. 또한, 로봇 제어기를 소형 경량으로 제작하므로 작업자가 들고 로봇을 조작하는 등 사용이 편리해지는 이점이 있다.

Description

조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템{ROBOT SYSTEM WITH ROBOT CONTROLLER COMBINED WITH TEACH PEDANT}
본 발명은 로봇 시스템에 관한 것으로서, 특히 로봇 제어기를 조작반과 일체형으로 구성하여 편리하게 사용할 수 있도록 된 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템에 관한 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 로봇 시스템은 로봇 본체(10), 제어기 본체와 교시 조작반을 구비한 로봇 제어기(20) 및 이들(10),(20) 간의 통신 및 신호 전송을 위해 이들(10),(20)을 연결하는 케이블(30)로 구성된다. 상기 로봇 제어기(20)의 제어기 본체는 CPU부와, 모터 드라이버 및 입출력 장치를 구비하며, 교시 조작반에는 사용자 인터페이스용 프로그램이 탑재되어 있으며, 조작 버튼과 스위치를 구비한다. 그리고, 제어기 본체와 교시 조작반은 통신선과 스위치 신호선으로 연결된다. 통신선을 통해 조작반 화면에 표시할 내용과 조작반의 버튼 조작 상태가 전송된다. 스위치 신호선으로는 비상정지, 모드전환, 조작 허용 스위치 등의 전기신호가 제어기에 연결된다.
한편, 최근 컴퓨터 기술로 발달로 인해 화면이 크고 화려해지고 있으며 이를 위해 교시 조작반에도 고성능 컴퓨터가 탑재되고 있다. 그러므로 제어기 본체와 교시 조작반에 모두 컴퓨터가 탑재되는 일이 일반적이다.
본 발명은 제어기 본체와 교시 조작반으로 이원화된 종래의 로봇제어기 구조보다 효율적인 구조로서, 제어기 본체와 교시 조작반이 일체화된 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템은, 로봇 동작을 제어하는 동시에 사용자 인터페이스를 처리하도록, 로봇의 상태정보 및 작업파일 편집화면을 제공하는 디스플레이 패널, 사용자의 명령을 입력받을 수 있는 버튼/데드맨 스위치와 비상정지 스위치 및 로봇 제어 및 사용자 인터페이스용 소프트웨어를 탑재하며 로봇과 통신하기 위한 통신포트를 갖는 중앙처리유닛을 구비한 조작반 일체형 로봇 제어기와; 로봇의 각축을 구동하는 모터들, 모터 구동을 위한 모터 드라이버들, 로봇 내부 및 외부의 입출력 신호 처리를 위한 I/O 모듈 및 전원공급장치를 구비한 로봇 본체와; 상기 로봇 제어기와 로봇 본체 간의 통신 및 신호 전송을 위해 이들을 연결하는 케이블을 포함하고, 상기 로봇 제어 및 사용자 인터페이스용 소프트웨어는 버튼/데드맨 스위치 및 비상정지 스위치를 통해 입력되는 사용자 명령을 해석하는 사용자 인터페이스 모듈, 로봇 정보를 관리하는 로봇 관리자 모듈, 로봇작업 파일을 판독하고 각 명령어의 토큰을 분리하여 명령의 의미를 분석한 후 그 내용을 동작코드로 변환시키고, 로봇 명령어를 하나씩 실행하는 로봇 언어 해석/실행기 모듈, 로봇 각 축 모터의 위치 지령을 제어 주기마다 계산하는 경로생성기 모듈, 로봇이 동작 할 수 있는 최종적인 지령값을 계산 및 처리하되, 각 축 모터의 위치 지령값에 대해 모터 기어비와 모터의 절대치를 고려하여 계산한 후, 최종적인 모터 기어 레벨에서의 엔코더 펄스 단위의 결과값으로 계산하고, 사용자가 임의로 요청하는 입력신호 및 로봇동작 중 신호를 읽어 들여 디지털/아날로그 출력 지령값을 계산하는 모션 및 I/O 제어기 모듈 및 제어기와 로봇 본체 사이의 실시간 통신을 담당하는 실시간 네트워크 통신 모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 전원공급장치는 제어기전원장치 및 로봇전원장치를 구비할 수 있다.
또한, 상기 케이블은 제어기전원장치로부터 로봇 제어기로의 전원 공급을 위한 전원선, 비상정지 스위치와 로봇전원장치를 연결하기 위한 비상정지 신호선 및 중앙처리유닛과 모터 드라이버들을 연결하기 위한 실시간 통신선을 구비할 수 있다.
또한, 상기 중앙처리유닛은 하드 리얼타임 성능이 보장되는 OS가 동작하며 로봇 본체와 실시간 필드버스 방식으로 통신할 수 있다.
삭제
또한, 상기 모터 드라이버들 및 I/O 모듈은 데이지 채널방식으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 실시간 네트워크 통신 모듈은 실시간 필드버스를 사용하기 위해 중앙처리유닛의 통신포트의 초기화를 처리하는 통신초기화 설정부, 제어 주기별로 로봇 본체의 현재 위치로부터 디지털/아날로그 입력값 및 모터의 현재 위치값을 읽어들여 버퍼에 저장하는 입력버퍼 처리부, 모션 및 I/O 제어기 모듈에서 계산된 모터의 위치 지령값 및 디지털/아날로그 출력 지령값을 버퍼에 저장 후 실시간 통신을 통해 정보를 전달하는 출력버퍼 처리부로 이루어질 수 있다.
삭제
본 발명에 따르면, 제어기 본체와 교시 조작반이 일체화됨으로써 효율적인 구조로 구성할 수 있는 이점이 있다. 또한, 로봇 제어기의 구조가 단순해지므로 사용되는 부품의 수가 줄어들고 제작 작업에 소요되는 시간이 절약되므로 제어기의 제작비가 절감되는 이점이 있다. 또한, 로봇 제어기를 소형 경량으로 제작하므로 작업자가 들고 로봇을 조작하는 등 사용이 편리해지는 이점이 있다.
도 1은 종래의 일반적인 로봇 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템 내부 결선도.
도 4는 본 발명에 따른 로봇 제어기의 중앙처리유닛에 탑재된 로봇 제어 및 사용자 인터페이스용 소프트웨어 구성도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명에 따른 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템 내부 결선도, 도 4는 본 발명에 따른 로봇 제어기의 중앙처리유닛에 탑재된 로봇 제어 및 사용자 인터페이스용 소프트웨어 구성도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템은 크게 제어기 본체와 교시 조작반이 일체화된 형태의 로봇 제어기(100), 로봇 본체(200) 및 케이블(300)로 이루어진다.
상기 로봇 제어기(100)는 로봇 동작을 제어하는 동시에 사용자 인터페이스를 처리하는데, 사용자에게 로봇의 상태정보 및 작업파일 편집화면을 제공하는 LCD 등의 디스플레이 패널(110), 사용자의 명령을 입력받을 수 있는 버튼/데드맨 스위치(120)와 비상정지 스위치(130) 및 로봇 제어 및 사용자 인터페이스용 소프트웨어를 탑재하며 로봇과 실시간으로 통신하기 위한 통신포트를 갖는 중앙처리유닛(140:CPU)을 구비한다.
사용자는 상기 디스플레이 패널(110)을 통해 로봇의 위치 정보, 시스템 파라미터 정보, 로봇 작업 파일의 진행상태 등을 확인할 수 있으며, 터치 패널 방식으로 사용자가 직접 화면상에서 입력할 수도 있다.
상기 버튼/데드맨 스위치(120)는 사용자 인터페이스 방식으로 제공하는 것으로 로봇 제어기의 각 메뉴의 선택, 로봇 JOG 동작, JOG 동작속도, 좌표계 변경, 숫자/알파벳 입력, 커서 이동, 용접와이어 제어, 용접전압/전류 제어, 로봇제어기 명령일람, 로봇제어기 메인메뉴, 로봇 일시정지 등의 버튼 및 데드맨 스위치를 포함한다.
상기 비상정지 스위치(130)는 위급한 상황에서 로봇 본체(200)의 동작을 정지시키는 스위치로서 로봇 본체(200)에 구비된 후술하는 로봇전원장치(242)를 제어하여 후술하는 모터 드라이버(220)측의 전원 공급을 차단함으로써 위험 상황이 발생하지 않도록 한다.
그리고, 상기 중앙처리유닛(140)은 하드 리얼타임(Hard Real-time) 성능이 보장되는 OS가 동작하며 로봇 본체(200)와 실시간 필드버스 방식으로 통신하는 것이 좋다.
상기 로봇 본체(200)는 로봇의 각축을 구동하는 모터들(210), 모터 구동을 위한 모터 드라이버들(220), 로봇 내부 및 외부의 입출력 신호 처리를 위한 I/O 모듈(230) 및 전원공급장치(240)를 구비한다. 이때, 모터 드라이버들(220), I/O 모듈(230) 및 전원공급장치(240)는 로봇 베이스부에 설치되어 모터들(210)의 동작에 따른 간섭 현상을 최소화하여 단선/접촉 불량을 줄이도록 하는 것이 좋다.
삭제
그리고, 상기 모터 드라이버들(220) 및 I/O 모듈(230)은 데이지 채널방식으로 연결된다. 구체적으로 살펴보면, 모터 드라이버들(220) 중 첫번째 모터 드라이버(220)는 후술하는 케이블(300)의 실시간 통신선(330)과 연결된다. 그리고, 두번째, 세번째 모터 드라이버(220)는 데이지 채널방식으로 앞 단의 모터 드라이버(220)와 연결되며 I/O 모듈(230) 역시 마지막 모터 드라이버(220)와 데이지 채널방식으로 연결된다. 따라서 로봇 제어기(100)와 로봇 본체(200)는 한쌍의 실시간 통신선(330)으로만 연결되면 되기 때문에 신호선이 줄어들게 된다.
그리고, 상기 전원공급장치(240)는 외부전원에 의해 공급되는 전원을 로봇 제어기(100)로 공급하기 위한 제어기전원장치(241) 및 로봇 본체(200)로 공급하기 위한 로봇전원장치(242)를 구비한다.
상기 케이블(300)은 상기 로봇 제어기(100)와 로봇 본체(200) 간의 통신 및 신호 전송을 위해 이들(100),(200)을 연결한다. 구체적으로, 상기 케이블(300)은 제어기전원장치(241)로부터 로봇 제어기(100)로의 전원 공급을 위한 전원선(310), 비상정지 스위치(130)와 로봇전원장치(240)를 연결하기 위한 비상정지 신호선(320) 및 중앙처리유닛(140)과 모터 드라이버들(220)을 연결하기 위한 실시간 통신선(330)을 구비한다.
한편, 상기 로봇 제어기(100)의 중앙처리유닛(140)에 탑재된 로봇 제어 및 사용자 인터페이스용 소프트웨어는 기능별로 분류하면, 사용자 인터페이스 모듈(141), 로봇 관리자 모듈(142), 로봇 언어 해석/실행기 모듈(143), 경로생성기 모듈(144), 모션 및 I/O 제어기 모듈(145) 및 실시간 네트워크 통신 모듈(146)로 분류할 수 있다.
상기 사용자 인터페이스 모듈(141)은 버튼/데드맨 스위치(120) 및 비상정지 스위치(130)를 통해 입력되는 사용자 명령을 해석한다. 사용자 명령으로는 로봇 작업파일의 편집, 로봇정보 수정, 로봇 I/O 상태 모니터링, 로봇 위치정보 모니터링 등이 해당된다.
상기 로봇 관리자 모듈(142)은 로봇 정보를 관리한다. 로봇 정보에 해당하는 것으로는 용접 시작/주/종료조건, 위빙용접 설정정보, 디지털/아날로그 입출력 포트 정보, 로봇제어기 시스템 내부변수 정보, 로봇 툴 중심 위치(Tool Cener Point:TCP), 사용자 좌표계 정보, 로봇 HOME 위치 정보, 로봇 동작 시간 이력정보, 아크센서 설정정보, 레이젼센서 설정정보, 로봇 알람 이력정보가 포함된다.
상기 로봇 언어 해석/실행기 모듈(143)은 사용자가 저장한 로봇작업 파일을 저장장치에서 읽어 들여 각 명령어의 토큰을 분리하여 명령의 의미를 분석한 후 그 내용을 동작코드로 변환시키고, 로봇 명령어를 하나씩 실행하는데, 수학 명령처럼 계산을 바로 처리하는 기능 및 로봇 동작이 종료할 때까지 대기하는 기능까지 포함한다.
상기 경로생성기 모듈(144)은 로봇 각 축 모터의 위치 지령을 제어 주기마다 계산한다. 로봇 TOOL 끝단의 위치를 X, Y, Z, Rx, Ry, Rz 값으로 계산한 뒤 역행렬 계산을 통해 로봇 각 축의 위치값을 구하는 기능을 제공한다. 이 때 모터 각 축의 위치값은 Radian 단위로 계산된다.
상기 모션 및 I/O 제어기 모듈(145)은 로봇이 동작 할 수 있는 최종적인 지령값을 계산 및 처리한다. 그리고, 상기 경로생성기 모듈(144)에서 계산한 각 축 모터의 위치 지령값에 대해 모터 기어비(Gear Radio)와 모터의 절대치를 고려하여 계산한 후, 최종적인 모터 기어 레벨에서의 엔코더 펄스 단위의 결과값으로 계산한다.
그리고, 사용자가 임의로 요청하는 입력신호 및 로봇동작 중 신호를 읽어 들여 디지털/아날로그 출력 지령값을 계산한다. 사용자가 임의로 요청하는 신호로는 비상정지 신호 및 데드맨 신호가 있으며 그 외 로봇 동작중에는 아크용접 불량, 용접와이어 부족, 용접가스 부족, 용접부재 터치감지, 로봇 충돌감지 센서신호값, 아크용접 전압/전류 상태 신호가 있다. 또한 출력 신호로는 아크용접 전압/전류 지령값, 용접와이어 동작 제어, 모터브레이크 제어, 용접시작, 가스공급시작, 터치동작 시작이 포함된다.
상기 실시간 네트워크 통신 모듈(146)은 로봇 제어기(100)와 로봇 본체(200) 사이의 실시간 통신을 담당하는데, 통신초기화 설정부, 입력버퍼 처리부 및 출력버퍼 처리부로 구성된다. 상기 통신초기화 설정부는 실시간 필드버스를 사용하기 위해 중앙처리유닛(140)의 통신포트의 초기화를 처리하는 기능을 담당한다. 그리고, 상기 입력버퍼 처리부는 제어 주기별로 로봇 본체(200)의 현재 위치로부터 디지털/아날로그 입력값 및 모터(210)의 현재 위치값을 읽어들여 버퍼에 저장하는 기능을 담당한다. 그리고, 상기 출력버퍼 처리부는 상기 모션 및 I/O 제어기 모듈(145)에서 계산된 모터(210)의 위치 지령값 및 디지털/아날로그 출력 지령값을 버퍼에 저장 후 실시간 통신을 통해 정보를 전달하는 기능을 담당한다.
한편, 본 발명에 따른 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 로봇 제어기 110 : 디스플레이 패널
120 : 버튼/데드맨 스위치 130 : 비상정지 스위치
140 : 중앙처리유닛 141 : 사용자 인터페이스 모듈
142 : 로봇 관리자 모듈 143 : 로봇 언어 해석/실행기 모듈
144 : 경로생성기 모듈 145 : 모션 및 I/O 제어기 모듈
146 : 실시간 네트워크 통신 모듈
200 : 로봇 본체 210 : 모터
220 : 모터 드라이버 230 : I/O 모듈
240 : 전원공급장치 241 : 제어기전원장치
242 : 로봇전원장치 300 : 케이블
310 : 전원선 320 : 비상정지 신호선
330 : 통신선

Claims (8)

  1. 로봇 동작을 제어하는 동시에 사용자 인터페이스를 처리하도록, 로봇의 상태정보 및 작업파일 편집화면을 제공하는 디스플레이 패널(110), 사용자의 명령을 입력받을 수 있는 버튼/데드맨 스위치(120)와 비상정지 스위치(130) 및 로봇 제어 및 사용자 인터페이스용 소프트웨어를 탑재하며 로봇과 통신하기 위한 통신포트를 갖는 중앙처리유닛(140)을 구비한 조작반 일체형 로봇 제어기(100)와;
    로봇의 각축을 구동하는 모터들(210), 모터 구동을 위한 모터 드라이버들(220), 로봇 내부 및 외부의 입출력 신호 처리를 위한 I/O 모듈(230) 및 전원공급장치(240)를 구비한 로봇 본체(200)와;
    상기 로봇 제어기(100)와 로봇 본체(200) 간의 통신 및 신호 전송을 위해 이들(100),(200)을 연결하는 케이블(300)을 포함하고,
    상기 로봇 제어 및 사용자 인터페이스용 소프트웨어는 버튼/데드맨 스위치(120) 및 비상정지 스위치(130)를 통해 입력되는 사용자 명령을 해석하는 사용자 인터페이스 모듈(141), 로봇 정보를 관리하는 로봇 관리자 모듈(142), 로봇작업 파일을 판독하고 각 명령어의 토큰을 분리하여 명령의 의미를 분석한 후 그 내용을 동작코드로 변환시키고, 로봇 명령어를 하나씩 실행하는 로봇 언어 해석/실행기 모듈(143), 로봇 각 축 모터의 위치 지령을 제어 주기마다 계산하는 경로생성기 모듈(144), 로봇이 동작 할 수 있는 최종적인 지령값을 계산 및 처리하되, 각 축 모터의 위치 지령값에 대해 모터 기어비와 모터의 절대치를 고려하여 계산한 후, 최종적인 모터 기어 레벨에서의 엔코더 펄스 단위의 결과값으로 계산하고, 사용자가 임의로 요청하는 입력신호 및 로봇동작 중 신호를 읽어 들여 디지털/아날로그 출력 지령값을 계산하는 모션 및 I/O 제어기 모듈(145) 및 제어기(100)와 로봇 본체(200) 사이의 실시간 통신을 담당하는 실시간 네트워크 통신 모듈(146)을 구비한 것을 특징으로 하는 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 전원공급장치(240)는 제어기전원장치(241) 및 로봇전원장치(242)를 구비한 것을 특징으로 하는 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템.
  3. 청구항 2항에 있어서,
    상기 케이블(300)은 제어기전원장치(241)로부터 로봇 제어기(100)로의 전원 공급을 위한 전원선(310), 비상정지 스위치(130)와 로봇전원장치(240)를 연결하기 위한 비상정지 신호선(320) 및 중앙처리유닛(140)과 모터 드라이버들(220)을 연결하기 위한 실시간 통신선(330)을 구비한 것을 특징으로 하는 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템.
  4. 청구항 1항에 있어서,
    상기 중앙처리유닛(140)은 하드 리얼타임 성능이 보장되는 OS가 동작하며 로봇 본체(200)와 실시간 필드버스 방식으로 통신하는 것을 특징으로 하는 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1항에 있어서,
    상기 모터 드라이버들(220) 및 I/O 모듈(230)은 데이지 채널방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템.
  7. 삭제
  8. 청구항 1항에 있어서,
    상기 실시간 네트워크 통신 모듈(146)은 실시간 필드버스를 사용하기 위해 중앙처리유닛(140)의 통신포트의 초기화를 처리하는 통신초기화 설정부, 제어 주기별로 로봇 본체(200)의 현재 위치로부터 디지털/아날로그 입력값 및 모터(210)의 현재 위치값을 읽어들여 버퍼에 저장하는 입력버퍼 처리부, 모션 및 I/O 제어기 모듈(145)에서 계산된 모터(210)의 위치 지령값 및 디지털/아날로그 출력 지령값을 버퍼에 저장 후 실시간 통신을 통해 정보를 전달하는 출력버퍼 처리부로 이루어진 것을 특징으로 하는 조작반 일체형 로봇 제어기를 갖는 로봇 시스템.
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