CN111487649A - 测距装置及自主机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测距装置及自主机器人。测距装置包括光发射部、光接收部、控制器与测距校准单元；光发射部发射测距光；光接收部接收被待测物体反射或散射后的测距光；控制器被配置为基于光发射部对测距光的发射和光接收部对测距光的接收来确定待测物体与测距装置之间的初测距离；测距校准单元设置在光发射部和光接收部之间，使得光发射部发射的校准光的至少一部分经测距校准单元直接被光接收部接收；控制器被配置为基于光发射部对校准光的发射和光接收部对校准光的至少一部分的接收，确定距离补偿值；基于距离补偿值和初测距离确定待测物体与测距装置之间的校准距离。由此，测距装置能够输出更准确的距离值。

Description

测距装置及自主机器人

技术领域

本发明总地涉及智能清洁技术领域，且更具体地涉及一种测距装置及自主机器人。

背景技术

LDS(Laser Distance Sensor，激光测距传感器)是一种利用激光从光源到达目标并从目标返回光源所需的时长来确定源与目标之间的距离的传感器。LDS在现有技术中被广泛的应用。例如，在智能扫地机中，可以利用LDS来测量扫地机和墙体或障碍物之间的距离，从而实现定位和导航。在无人机中，可以利用LDS来测量飞机和地面的距离等。

然而，由于LDS的环境因素(例如温度)多变、器件的老化、器件的结构变形，以及器件之间的相对位置变化，因此可能会引起LDS的测量误差。例如，高温导致二极管发光效率改变、输出波形变化；器件的老化导致滤波电路性能发生变化、波形测量宽度改变；器件的结构变形导致测量光强发生改变。在智能扫地机中，上述测量误差会降低智能扫地机确定墙体或障碍物的位置的精度，从而影响清扫效果。

现有技术中，为了校正上述测量误差，在智能扫地机的外壳上设置参照物。参照物设置在距离LDS预设距离的位置处。智能扫地机通过LDS测量参照物和LDS之间的距离，然后根据所测量的距离和预设距离之间的差值来校正LDS测量的待测物体和LDS之间的距离。但是，如果参照物和LDS之间的距离太小，那么被参照物反射的光可能无法到达LDS，从而无法完成校正。因此上述技术方案不能适用于尺寸较小的扫地机。

因此，需要提供一种测距装置及自主机器人，以至少部分地解决上面提到的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种测距装置，测距装置包括：光发射部，光发射部发射测距光；光接收部，光接收部接收被待测物体反射或散射后的测距光；控制器，控制器被配置为基于光发射部对测距光的发射和光接收部对测距光的接收来确定待测物体与测距装置之间的初测距离；以及测距校准单元，测距校准单元设置在光发射部和光接收部之间，以使得光发射部发射的校准光的至少一部分经测距校准单元直接被光接收部接收；其中控制器还被配置为基于光发射部对校准光的发射和光接收部对校准光的至少一部分的接收，确定距离补偿值；以及基于距离补偿值和初测距离确定待测物体与测距装置之间的校准距离。

可选地，测距校准单元包括导光结构，导光结构的第一端用于接收校准光，导光结构的第二端用于将校准光的至少一部分传递至光接收部。

可选地，导光结构为U型导光管。

可选地，导光结构由光纤或玻璃制成。

可选地，光发射部、光接收部和控制器被集成在一个模块上，模块安装至自主机器人，自主机器人包括用于保护模块的保护罩，保护罩套设在模块的外周，测距校准单元适于设置于保护罩上部或设置于保护罩的支撑结构上。

可选地，模块相对于自主机器人是可旋转的，测距校准单元相对于自主机器人是固定的。

可选地，控制器确定距离补偿值包括：控制器确定校准光的发射与校准光的至少一部分的接收之间的时间差；控制器基于时间差和校准光在测距校准单元中的传播速度，确定第一距离；以及控制器基于第一距离和测距校准单元的长度，确定距离补偿值。

可选地，控制器还被配置为：响应于测距装置所处环境的温度超过预定阈值，确定距离补偿值。

可选地，控制器被配置为：响应于测距装置相对于自主机器人旋转到预定角度，确定距离补偿值。

本发明还提供了一种自主机器人，自主机器人包括前述的测距装置。

本发明还提供了一种自主机器人，自主机器人包括：测距装置，测距装置包括光发射部、光接收部和控制器，光发射部发射测距光，光接收部接收被待测物体反射或散射后的测距光，控制器基于光发射部对测距光的发射和光接收部对测距光的接收来确定待测物体与测距装置之间的初测距离；测距校准装置，测距校准装置设置在光发射部和光接收部之间，以使得光发射部发射的校准光的至少一部分经测距校准装置直接被光接收部接收；以及主控单元，主控单元被配置为基于光发射部对校准光的发射和光接收部对校准光的至少一部分的接收，确定距离补偿值；以及基于距离补偿值和初测距离确定待测物体与测距装置之间的校准距离。

可选地，测距校准装置包括导光结构，导光结构的第一端用于接收校准光，导光结构的第二端用于将校准光的至少一部分传递至光接收部。

可选地，导光结构为U型导光管。

可选地，导光结构由光纤或玻璃制成。

可选地，自主机器人包括用于保护测距装置的保护罩，保护罩套设在测距装置的外周，测距校准装置设置于保护罩上部或设置于保护罩的支撑结构上。

可选地，测距装置相对于自主机器人的主体部分是可旋转的，测距校准装置相对于自主机器人的主体部分是固定的。

可选地，主控单元确定距离补偿值包括：主控单元确定校准光的发射与校准光的至少一部分的接收之间的时间差；主控单元基于时间差和校准光在测距校准单元中的传播速度，确定第一距离；以及主控单元基于第一距离和测距校准单元的长度，确定距离补偿值。

可选地，主控单元还被配置为：响应于自主机器人所处环境的温度超过预定阈值，确定距离补偿值。

可选地，主控单元被配置为：响应于测距装置相对于自主机器人的主体部分旋转到预定角度，确定距离补偿值。

根据本发明的测距装置，控制器实时确定当前的距离补偿值，控制器根据距离补偿值和初测距离确定待测物体和测距装置之间的校准距离，确定待测物体和测距装置之间的实际距离，能够避免环境因素或者器件老化对测距装置的影响，减少自主机器人的测量误差，进而输出更准确的距离值；同时，由于光发射部发射的校准光的至少一部分经测距校准单元传导而直接被光接收部接收，因而测距校准单元和光发射部之间的距离能够很小，以及测距校准单元和光接收部中之间的距离能够很小，进而测距装置能够适用于尺寸较小的自主机器人。

附图说明

为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。

图1是本发明各个实施例涉及的扫地机器人的立体示意图；

图2是本发明各个实施例涉及的扫地机器人的俯视示意图；

图3为根据本发明的第一个优选实施方式的测距装置的示意图；以及

图4是根据本发明的第二个优选实施方式的自主机器人的示意图。

附图标记说明：

100：扫地机器人 110/210：测距装置

111/211：光发射部 112/212：光接收部

120：测距校准单元 130：机体

140：驱动组件 141/142：驱动轮

143：导向轮 150：主刷

160/260：控制器 170、红外传感器

180：超声传感器 220：测距校准装置

270：主控单元

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施方式一

在本公开的实施例中，为了便于描述，以扫地机器人100为例来描述本公开的技术方案。本领域技术人员将理解的是，本公开的实施例并不限于扫地机器人100，而是可以应用于任何自主机器人。

图1和图2是本公开各示例性实施例涉及的扫地机器人100的示意图，图1示例性地示出了该扫地机器人100的俯视示意图，图2示例性地示出了该扫地机器人100的仰视示意图。

如图1、图2所示，该扫地机器人100包括：机体130、感知***、驱动组件140、主控单元(图中未示出)、存储组件(图中未示出)、主刷150和电池组件(图中未示出)。

机体130形成扫地机器人100的外壳，并且容纳其它部件。在一些实施例中，机体130可以呈扁平的圆柱形。

感知***用于对扫地机器人100的周侧环境进行检测，从而发现障碍物、墙面、台阶和用于对扫地机器人100进行充电的充电桩等环境物体。感知***还用于向主控单元提供扫地机器人100的各种位置信息和运动状态信息。感知***可包括测距装置110、悬崖传感器、充电桩检测器(例如红外传感器170)、缓冲器(图中未示出)、障碍物检测器(例如超声传感器180)、磁力计、三轴加速度计、陀螺仪、里程计、LDS、超声波传感器、摄像头(例如深度摄像头)、霍尔传感器等。

测距装置110用于测量扫地机器人100与环境物体(障碍物、墙面与台阶等)之间的距离。例如，测距装置110可以包括LDS。测距装置110可以位于机体130上方。关于测距装置110的细节，随后可以参考图3。

机体130的前向部分(沿扫地机器人100的前进方向，机体130的位于前方的部分)可承载缓冲器、充电桩检测器与障碍物检测器。在扫地机器人100清扫的过程中，在驱动组件140驱动扫地机器人100在地面上行走时，缓冲器经由充电桩检测器和障碍物检测器检测扫地机器人100的行驶路径中的一或多个物体(例如障碍物或墙壁)，扫地机器人100可通过由缓冲器检测到物体，控制驱动组件140使扫地机器人100对物体做出响应，例如使扫地机器人100远离障碍物。

在图1所示的例子中，充电桩检测器包括两个红外传感器170，用于检测对扫地机器人100进行充电的充电桩所发射的红外光，基于检测到的红外光来确定充电桩的位置，从而实现扫地机器人100与充电桩的对接。

驱动组件140用于驱动扫地机器人100的前进或后退。在一些实施例中，驱动组件140包括一对安装在机体130底部的中间两侧的驱动轮141和142，驱动轮141和142用于驱动扫地机器人100前进或后退。在一些实施例中，驱动组件140还包括设置在机体130前部的导向轮143，导向轮143用于改变扫地机器人100在行进过程中的行驶方向。

主控单元设置在机体130内的电路板上，包括处理器，处理器可以根据测距装置110确定的距离信息(扫地机器人100与环境物体之间的距离)，绘制扫地机器人100所处环境的即时地图，并确定扫地机器人100所处的位置。处理器还可以根据悬崖传感器、超声传感器、红外传感器、磁力计、加速度计、陀螺仪、里程计等装置反馈的距离信息和速度信息综合判断扫地机器人100当前所处的工作状态。处理器还可以控制扫地机器人100按照一定的路径执行清扫任务。

存储组件设置在机体130内的电路板上，存储组件包括存储器，存储器可以存储扫地机器人100的位置信息和速度信息以及处理器绘制出的即时地图。存储器还可以存储用于控制扫地机器人100执行各种任务的指令。

主刷150安装在机体130底部，是扫地机器人100的主要清洁部件。在一些实施例中，主刷150是以滚轮型相对于接触面转动的鼓形转刷。在扫地机器人100前进过程中，主刷150将位于其前方的垃圾清扫到尘盒入口，位于尘盒入口处的垃圾进一步通过设置在尘盒后方的风机所产生的吸力而进入尘盒内。

电池组件包括充电电池、与充电电池连接的充电电路、设置在扫地机器人100机身侧面或底部的充电电极。在一些实施例中，充电电路包括充电控制电路、充电温度检测电路、充电电压检测电路。在一些实施例中，充电电极为条状，共有两条充电电极。

需要说明的是，扫地机器人100还可以包括图1和图2未示出的其他模块或组件，或者，可以仅包括上述部分模块或组件，本发明的实施例对此不作限定，仅以上述扫地机器人100为例进行说明。

下面结合图3来详细描述测距装置110。如图3所示，测距装置110包括光发射部111和光接收部112。光发射部111用于发出测距光，测距光到达待测物体(例如墙壁或其他障碍物等)后被待测物体反射或散射。光接收部112用于接受被待测物体反射或散射的测距光。

测距装置110还包括控制器160。控制器160分别电连接光发射部111和光接收部112。控制器160被配置为基于光发射部111对测距光的发射和光接收部112对测距光的接收来确定待测物体与测距装置110之间的初测距离。例如，控制器160可以基于飞行时间(TOF)原理确定待测物体与测距装置110之间的距离。例如，控制器160可以确定光发射部111向待测物体发出测距光的时刻与光接收部112接收到的反射或散射的测距光的时刻之间的时间差，然后利用光速和该时间差来确定待测物体和测距装置110之间的初测距离。

如上面所描述的，由于环境因素(例如温度)多变、器件的老化、器件的结构变形，以及器件之间的相对位置变化，这种初测距离实际上是不够精确的，需要对该初测距离进行校准。为了进行校准，测距装置110包括测距校准单元120，用于确定距离补偿值。

为了便于描述，在下文中，将确定距离补偿值时光发射部111所发射的光称为校准光。测距校准单元120设置在光发射部111和光接收部112之间，以使得光发射部111发射的校准光的至少一部分经测距校准单元120直接被光接收部112接收。

控制器160被配置为基于光发射部111对校准光的发射和光接收部112对校准光的至少一部分的接收，确定距离补偿值。控制器160被配置为基于距离补偿值和初测距离确定待测物体与测距装置110之间的校准距离。例如，控制器160可以基于校准光的发射和接收的时间差以及光在测距校准单元120中的传播速度，来计算第一距离。然后，控制器160可以将该第一距离和测距校准单元120的长度之差作为距离补偿值。控制器160可以将初测距离与该距离补偿值之和作为校准距离。

在一些实施例中，测距校准单元120可以包括导光结构。导光结构包括用于接受光发射部111发出的校准光的第一端，以及用于将导光结构中的校准光传导至光接收部112的第二端。在一些实施例中，导光结构为U型导光管。在一些实施例中，导光结构由光纤或玻璃制成。

在一些实施例中，光发射部111、光接收部112与控制器160可以被集成在一个模块(集成模块)上。集成模块用于可转动地设置在机器人的外壳上。以这种方式，测距装置110可以旋转，从而能够确定扫地机器人100周围360度范围内的物体距扫地机器人100的距离。为了对集成模块进行保护，在一些实施例中，扫地机器人100还包括保护罩。保护罩套设在集成模块的外周。这样能够避免集成模块被磕碰。保护罩可以固定设置在扫地机器人100的外壳上，保护罩通过支撑结构(例如安装柱)连接至扫地机器人100的外壳上。在这样的实施例中，测距校准单元120可以设置在保护罩上或保护罩的支撑结构上。这样，测距校准单元120通过保护罩或保护罩的支撑结构固定设置在扫地机器人100的外壳上，而集成模块可相对于扫地机器人100进行旋转。

在这样的实施例中，控制器160可以响应于测距装置110旋转到预定角度，确定距离补偿值，并将该距离补偿值存储在扫地机器人100的存储器中。在集成模块转动的过程中，光发射部111可以在集成模块转动至预设的角度时(此时，光发射部111发射的光能够被测距校准单元120的第一端接收，光接收部112能够经由测距校准单元120直接接收光。)发出校准光，校准光直接进入测距校准单元120的第一端，然后校准光经过测距校准单元120直接传导至光接收部112。

在一些实施例中，控制器160可以在集成模块每次转动至预设的角度时，重新确定距离补偿值。在一些实施例中，控制器160可以在预定时间之后，在集成模块旋转至预定角度时才重新确定距离补偿值，由此可以避免频繁地对距离补偿值进行更新。在一些实施例中，控制器160也可以在扫地机器人100的工作环境的温度超过预设的阈值时，重新确定距离补偿值。由此，可以避免环境因素对测距装置110的影响，减少扫地机器人100的测量误差，提高测量精度。

根据本实施方式的扫地机器人100，在测距校准单元120的协助下，控制器160可以确定距离补偿值，从而避免环境因素或者器件老化对测距装置110的影响，减少扫地机器人100的测量误差，提高测量精度。同时，由于光发射部111发射的校准光的至少一部分经测距校准单元120传导而直接被光接收部112接收，而不需要通过其他物体进行反射或散射，进而本发明的测距装置110能够适用于尺寸较小的扫地机器人100。

实施方式二

在上述实施方式一中，测距校准单元120是测距装置110的一部分，并且距离补偿值和校准距离是由测距装置110的控制器160来确定的。在下面描述的实施方式二中，距离补偿值和校准距离由扫地机器人100的主控单元来确定。下面参考图4来描述这种扫地机器人。

如图4所示，扫地机器人100包括测距装置210、测距校准装置220与主控单元270。实施方式二的测距校准装置220和实施方式一的测距校准单元120大致相同。实施方式二的测距装置210包括和实施方式一的光发射部111大致相同的光发射部211。实施方式二的测距装置210包括和实施方式一的光接收部112大致相同的光接收部212。测距装置210还包括控制器260。控制器260分别电连接光发射部211和光接收部212。控制器260用于确定初测距离。实施方式二的控制器260确定初测距离的方法和实施方式一的控制器160确定初测距离的方法大致相同。对于这些类似的部件，可以参考图3，在此不再赘述。

主控单元270电连接至控制器260。实施方式二中，测距装置210的控制器260将初测距离、光发射部211发射光的时刻、光接收部212接收光的时刻发送至主控单元270。主控单元270确定距离补偿值以及根据距离补偿值和初测距离确定校准距离。主控单元270确定距离补偿值的方法和实施方式一的控制器160确定距离补偿值的方法大致相同。主控单元270确定校准距离的方法和实施方式一的控制器160确定校准距离的方法大致相同。

实施方式二的扫地机器人100包括和实施方式一的保护罩大致相同的保护罩。实施方式二中，测距装置210可转动地设置在扫地机器人100的外壳上。保护罩套设在测距装置210的外周。测距校准装置220固定在扫地机器人100的保护罩上部或保护罩的支撑结构上。

实施方式二的扫地机器人100其它部分和实施方式一的扫地机器人100大致相同，这里不再赘述。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (19)

1.一种测距装置，包括：

光发射部，所述光发射部发射测距光；

光接收部，所述光接收部接收被待测物体反射或散射后的所述测距光；

控制器，所述控制器被配置为基于所述光发射部对所述测距光的发射和所述光接收部对所述测距光的接收来确定所述待测物体与所述测距装置之间的初测距离；以及

测距校准单元，所述测距校准单元设置在所述光发射部和所述光接收部之间，以使得所述光发射部发射的校准光的至少一部分经所述测距校准单元直接被所述光接收部接收；

其中所述控制器还被配置为基于所述光发射部对所述校准光的发射和所述光接收部对所述校准光的至少一部分的接收，确定距离补偿值；以及基于所述距离补偿值和所述初测距离确定所述待测物体与所述测距装置之间的校准距离。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述测距校准单元包括导光结构，所述导光结构的第一端用于接收所述校准光，所述导光结构的第二端用于将所述校准光的至少一部分传递至所述光接收部。

3.根据权利要求2所述的测距装置，其特征在于，所述导光结构为U型导光管。

4.根据权利要求2所述的测距装置，其特征在于，所述导光结构由光纤或玻璃制成。

5.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述光发射部、所述光接收部和所述控制器被集成在一个模块上，所述模块安装至自主机器人，所述自主机器人包括用于保护所述模块的保护罩，所述保护罩套设在所述模块的外周，所述测距校准单元适于设置于所述保护罩上部或设置于所述保护罩的支撑结构上。

6.根据权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述模块相对于所述自主机器人是可旋转的，所述测距校准单元相对于所述自主机器人是固定的。

7.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述控制器确定所述距离补偿值包括：

所述控制器确定所述校准光的发射与所述校准光的至少一部分的接收之间的时间差；

所述控制器基于所述时间差和所述校准光在所述测距校准单元中的传播速度，确定第一距离；以及

所述控制器基于所述第一距离和所述测距校准单元的长度，确定所述距离补偿值。

8.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述控制器还被配置为：

响应于所述测距装置所处环境的温度超过预定阈值，确定所述距离补偿值。

9.根据权利要求6所述的测距装置，其特征在于，所述控制器被配置为：

响应于所述测距装置相对于所述自主机器人旋转到预定角度，确定所述距离补偿值。

10.一种自主机器人，包括根据权利要求1-9中任一项所述的测距装置。

11.一种自主机器人，其特征在于，所述自主机器人包括：

测距装置，所述测距装置包括光发射部、光接收部和控制器，所述光发射部发射测距光，所述光接收部接收被待测物体反射或散射后的所述测距光，所述控制器基于所述光发射部对所述测距光的发射和所述光接收部对所述测距光的接收来确定所述待测物体与所述测距装置之间的初测距离；

测距校准装置，所述测距校准装置设置在所述光发射部和所述光接收部之间，以使得所述光发射部发射的校准光的至少一部分经所述测距校准装置直接被所述光接收部接收；以及

主控单元，所述主控单元被配置为基于所述光发射部对所述校准光的发射和所述光接收部对所述校准光的至少一部分的接收，确定距离补偿值；以及基于所述距离补偿值和所述初测距离确定所述待测物体与所述测距装置之间的校准距离。

12.根据权利要求11所述的自主机器人，其特征在于，所述测距校准装置包括导光结构，所述导光结构的第一端用于接收所述校准光，所述导光结构的第二端用于将所述校准光的至少一部分传递至所述光接收部。

13.根据权利要求12所述的自主机器人，其特征在于，所述导光结构为U型导光管。

14.根据权利要求12所述的自主机器人，其特征在于，所述导光结构由光纤或玻璃制成。

15.根据权利要求11所述的自主机器人，其特征在于，所述自主机器人包括用于保护所述测距装置的保护罩，所述保护罩套设在所述测距装置的外周，所述测距校准装置设置于所述保护罩上部或设置于所述保护罩的支撑结构上。

16.根据权利要求15所述的自主机器人，其特征在于，所述测距装置相对于所述自主机器人的主体部分是可旋转的，所述测距校准装置相对于所述自主机器人的所述主体部分是固定的。

17.根据权利要求11所述的自主机器人，其特征在于，所述主控单元确定所述距离补偿值包括：

所述主控单元确定所述校准光的发射与所述校准光的至少一部分的接收之间的时间差；

所述主控单元基于所述时间差和所述校准光在所述测距校准单元中的传播速度，确定第一距离；以及

所述主控单元基于所述第一距离和所述测距校准单元的长度，确定所述距离补偿值。

18.根据权利要求11所述的自主机器人，其特征在于，所述主控单元还被配置为：

响应于所述自主机器人所处环境的温度超过预定阈值，确定所述距离补偿值。

19.根据权利要求16所述的自主机器人，其特征在于，所述主控单元被配置为：

响应于所述测距装置相对于所述自主机器人的所述主体部分旋转到预定角度，确定所述距离补偿值。

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