CN117301043A - 机器人***的控制方法以及机器人*** - Google Patents
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Abstract
一种机器人***的控制方法以及机器人***,能够抑制作业的繁杂化、作业时间的延长等,并且精度良好地进行预定作业。机器人***的控制方法包括:第一移动距离计算步骤,求出第一移动距离,第一移动距离是对用于使机械臂执行预定作业的指令程序中的设定于机械臂的控制点的移动距离;第二移动距离计算步骤,使用测定机械臂的移动的测定机,求出第二移动距离,第二移动距离是基于指令程序使机器人活动时的控制点的移动距离;以及校正步骤,基于第一移动距离与第二移动距离之间的误差,对指令程序进行校正,在下次以后的预定作业的至少一部分中,基于校正后的指令程序,驱动机械臂。
Description
技术领域
本发明涉及机器人***的控制方法以及机器人***。
背景技术
例如,以往,周知由于机械臂的组装误差,用于指令程序中的机器人的指尖位置与实际的机器人的指尖位置之间产生偏差(偏移)。需要说明的是,所谓的所述“组装误差”,是指为了生成指令程序而使用的模型与实际的机械臂之间的构造性的误差。针对该问题,例如,专利文献1中,记载了使用测定机来测定机械臂的实际的指尖位置,并基于其测定结果来校正指令程序的方法。
专利文献1:日本特开2001-038662号公报
然而,专利文献1的校正方法中,需要在作业前进行指令程序的校正。所以,会产生招致由校正作业的添加导致的作业的繁杂化的问题、在作业开始前花费时间等问题点。
发明内容
本发明的机器人***的控制方法是具有反复进行预定作业的机械臂的机器人***的控制方法,包括:
第一移动距离计算步骤,求出第一移动距离,所述第一移动距离是用于使所述机械臂执行所述预定作业的指令程序中的设定于所述机械臂的控制点的移动距离;
第二移动距离计算步骤,使用测定所述机械臂的移动的测定机,求出第二移动距离,所述第二移动距离是基于所述指令程序使所述机械臂活动时的所述控制点的移动距离;以及
校正步骤,基于所述第一移动距离与所述第二移动距离之间的误差,对所述指令程序进行校正,
在下次以后的所述预定作业的至少一部分中,基于所述校正后的所述指令程序,驱动所述机械臂。
本发明的机器人***具有:机械臂,反复进行预定作业;以及
控制装置,控制所述机械臂的驱动,
所述控制装置执行以下步骤:
第一移动距离计算步骤,求出第一移动距离,所述第一移动距离是用于使所述机械臂执行所述预定作业的指令程序中的设定于所述机械臂的控制点的移动距离;
第二移动距离计算步骤,使用测定所述机械臂的移动的测定机,求出第二移动距离,所述第二移动距离是基于所述指令程序使所述机械臂活动时的所述控制点的移动距离;以及
校正步骤,基于所述第一移动距离与所述第二移动距离之间的误差,对所述指令程序进行校正,
在下次以后的所述预定作业的至少一部分中,基于所述校正后的所述指令程序,驱动所述机械臂。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的机器人***的整体图。
图2是示出预定作业的一例的图。
图3是用于说明机器人***的控制方法的流程图。
图4是用于说明机器人***的控制方法的流程图。
图5是用于说明第二实施方式所涉及的机器人***的控制方法的流程图。
1…机器人***;2…机器人;21…基台;22…机械臂;221…第一臂;222…第二臂;223…第三臂;224…第四臂;225…第五臂;226…第六臂;23…末端执行器;24…测定机;251…第一驱动机构;252…第二驱动机构;253…第三驱动机构;254…第四驱动机构;255…第五驱动机构;256…第六驱动机构;3…控制装置;D1…第一移动距离;D2…第二移动距离;E…编码器;e…误差;G…控制点;M…电机;P1…第一地点;P2…第二地点;Pr…指令程序;S1…第一移动距离计算步骤;S11…步骤;S2…第二移动距离计算步骤;S21…步骤;S22…步骤;S3…校正步骤;S31…步骤;S32…步骤;S33…步骤;S4…判定步骤;S5…步骤;T…减速机;W…工件;Δw…机构参数误差。
具体实施方式
以下,基于附图所示的优选的实施方式,对本发明的机器人***的控制方法以及机器人***进行详细说明。
第一实施方式
图1是第一实施方式所涉及的机器人***的整体图。图2是示出预定作业的一例的图。图3以及图4分别是用于说明机器人***的控制方法的流程图。
图1所示的机器人***1具有机器人2、以及控制机器人2的驱动的控制装置3。
机器人2为具有6个驱动轴的六轴垂直多关节机器人,具有基台21、以转动自如的方式与基台21连结的机械臂22、装配于机械臂22的末端的末端执行器23、以及配置于机械臂22的测定机24。另外,机械臂22具有:以转动自如的方式与基台21连结的第一臂221、以转动自如的方式与第一臂221连结的第二臂222、以转动自如的方式与第二臂222连结的第三臂223、以转动自如的方式与第三臂223连结的第四臂224、以转动自如的方式与第四臂224连结的第五臂225、以及以转动自如的方式与第五臂225连结的第六臂226。
另外,机器人2具有:使第一臂221相对于基台21转动的第一驱动机构251、使第二臂222相对于第一臂221转动的第二驱动机构252、使第三臂223相对于第二臂222转动的第三驱动机构253、使第四臂224相对于第三臂223转动的第四驱动机构254、使第五臂225相对于第四臂224转动的第五驱动机构255、以及使第六臂226相对于第五臂225转动的第六驱动机构256。
例如,这些各驱动机构251、252、253、254、255、256具有:作为驱动源的电机M、将电机M的旋转减速并输出的减速机T、以及检测电机M的旋转量(臂的位移量)的编码器E等。控制装置3通过在机器人***1的运转中,针对各驱动机构251~256,执行使得编码器E的输出所示出的各臂221~226的旋转角度与控制目标一致的伺服控制(反馈控制),来使机械臂22在预定的轨道上活动。
根据作为目的的作业,适宜选择末端执行器23。需要说明的是,图示的结构中,末端执行器23成为通过空气止回来吸附保持工件W的结构。
测定机24配置于机械臂22的末端部,是测定对设定于机械臂22的指尖的控制点G施加的惯性的惯性传感器,特别地,是测定对控制点G施加的加速度的加速度传感器。控制装置3能够通过将由测定机24测量到的对控制点G施加的加速度二次积分,求出当时的控制点G的移动距离。像这样,能够通过使用加速度传感器作为测定机24,精度良好地检测控制点G的移动距离。
其中,对测定机24而言,如果能够检测控制点G的移动,就不做特别限定。例如,也可以使用通过对配置于机械臂22的末端部的反射镜等的对象照射激光,并接收在对象处反射的激光,由此来测定控制点G的三维坐标的三维激光跟踪仪、GPS等的卫星导航***、以及使用了相机的图像识别***等。
以上,针对机器人2进行了说明,但是对机器人2的结构不做特别限定。例如,也可以是,SCARA机器人(水平多关节机器人)、具备2条上述的机械臂22的双臂机器人等。另外,也可以是基台21没有被固定的自走式的机器人。
控制装置3控制机器人2的驱动。例如,控制装置3由计算机构成,具有:处理信息的处理器(CPU)、以能够通信的方式与处理器连接的存储器、以及进行与外部装置之间的连接的外部接口。存储器保存有能够由处理器执行的各种程序,处理器能够读入并执行存储于存储器的各种程序等。需要说明的是,也可以是,控制装置3的构成要件的一部分或者全部配置在机器人2的壳体的内侧。另外,也可以是,控制装置3由多个处理器构成。
以上,针对机器人***1的结构,进行了简单的说明。接下来,针对机器人***1的控制方法,进行说明。如前文所述,以往,周知由于机械臂22的组装误差,即由于为了生成指令程序Pr而使用的模型与实际的机械臂22之间的构造性的误差,导致控制点G在指令程序Pr中的坐标(以下又称为“理论坐标”。)与实际的坐标(以下又称为“实坐标”。)之间产生误差。
因此,机器人***1中,控制装置3在反复进行的预定作业中检测误差,并将检测到的误差反馈至下次以后的预定作业,由此,减小其后的预定作业中的误差,优选减至零。根据这样的控制方法,一边进行预定作业一边校正误差,所以,不需要在预定作业开始前预先进行误差的检测、以及基于检测到的误差的指令程序Pr的校正。所以,不会招致作业的繁杂化,另外,能够迅速地开始预定作业。
以下,针对这样的控制方法,进行详细说明,以下,为了便于说明,如图2所示,针对预定作业是使控制点G在第一地点P1与第二地点P2之间以直线即在同一轨道上往返移动的作业的情况,进行代表说明。其中,对预定作业而言,不做特别限定。
如图3所示,机器人***1的控制方法包括:第一移动距离计算步骤S1,求出第一移动距离D1,所述第一移动距离D1是用于使机器人2执行预定作业的指令程序Pr中的控制点G的移动距离;第二移动距离计算步骤S2,求出第二移动距离D2,所述第二移动距离D2是使机器人2执行预定作业时的实际的控制点G的移动距离;以及校正步骤S3,基于第一移动距离D1与第二移动距离D2之间的误差e,对指令程序Pr进行校正。并且,控制装置3在下次以后的预定作业中,基于在校正步骤S3中已校正的指令程序Pr,控制机械臂22的驱动。以下,基于图4,依次针对各步骤S1~S3进行说明。
第一移动距离计算步骤S1
第一移动距离计算步骤S1中,作为步骤S11,控制装置3求出指令程序Pr中的控制点G的移动距离即第一移动距离D1。需要说明的是,第一移动距离D1是说第一地点P1与第二地点P2之间的移动距离,可以是作为去程的从第一地点P1到第二地点P2的移动距离,也可以是作为回程的从第二地点P2到第一地点P1的移动距离。
此处,针对设定于机器人2的三轴直交坐标系(机器人坐标系)的X轴、Y轴、以及Z轴的各轴,计算第一移动距离D1。例如,如图2所示,在位于第一地点P1的控制点G的理论坐标(X,Y,Z)为(-100,400,300),位于第二地点P2的控制点G的理论坐标(X,Y,Z)为(200,500,300)的情况下,控制点G成为在第一地点P1与第二地点P2之间沿X轴方向移动300mm,沿Y轴方向移动100mm,沿Z轴方向移动0mm。从而,第一移动距离D1=(300,100,0)。
第二移动距离计算步骤S2
第二移动距离计算步骤S2中,控制装置3求出使机器人2执行预定作业时的实际的控制点G的移动距离即第二移动距离D2。具体而言,首先,作为步骤S21,控制装置3基于指令程序Pr驱动机器人2,开始预定作业。接下来,作为步骤S22,控制装置3基于用测定机24检测到的加速度,求出第二移动距离D2。需要说明的是,第二移动距离D2与第一移动距离D1同样地,是说第一地点P1与第二地点P2之间的移动距离,可以是作为去程的从第一地点P1到第二地点P2的移动距离,也可以是作为回程的从第二地点P2到第一地点P1的移动距离。
此处,针对X轴、Y轴、以及Z轴的各轴,计算第二移动距离D2。例如,在位于第一地点P1的控制点G的实坐标(X,Y,Z)为(-102,403,305),位于第二地点P2的控制点G的实坐标(X,Y,Z)为(202,495,290)的情况下,控制点G成为在第一地点P1与第二地点P2之间沿X轴方向移动304mm,沿Y轴方向移动92mm,沿Z轴方向移动15mm移动。从而,第二移动距离D2=(304,92,15)。
另外,控制装置3在步骤S22中,除了上述的第二移动距离D2,还记录位于第一地点P1以及第二地点P2的各臂221~226的旋转角度即机械臂22的位置姿态。
校正步骤S3
校正步骤S3中,控制装置3基于第一移动距离D1与第二移动距离D2之间的误差e,求出机械臂22的机构参数误差Δw。对机械臂22的机构参数而言,不做特别限定,根据机械臂22的结构、预定作业所要求的精度等而适宜设定。本实施方式中,具有各臂221~226的长度以及臂221~226的旋转量(电机M的旋转量)的共12个机构参数。所以,要求出机构参数误差Δw,需要12个以上的误差e的测定数据。本实施方式中,如前文所述,一次第二移动距离D2的计算中,会得到X轴、Y轴以及、Z轴,共3个误差e的测定数据。从而,如果将第二移动距离D2的计算进行4次,即,如果反复进行2次预定作业,就会得到求出机构参数误差Δw所需的12个误差e的测定数据。
因此,作为步骤S31,控制装置3判定是否得到了机构参数数量以上的误差e的测定数据。在没有得到机构参数数量以上的误差e的测定数据的情况下,反复继续预定作业直到得到机构参数数量以上的误差e的测定数据。另一方面,在已得到机构参数数量以上的误差e的测定数据的情况下,作为步骤S32,控制装置3基于所得到的误差e的测定数据,求出机构参数误差Δw。对机构参数误差Δw的计算方法不做特别限定,例如,能够通过接下来的方法进行计算。
首先,误差e与机构参数误差Δw之间的关系能够用以下的式(1)表示。需要说明的是,式(1)中的J为雅可比矩阵。
【数学式1】
e=J·Δw...(1)
然后,若将w的长度(参数数量)设为N(本实施方式中N=12),则J(雅可比矩阵)为M×N的矩阵。所以,将误差e的二乘和(平方和)eTe最小化的机构参数误差Δw能够使用J(雅可比矩阵)表示为以下的式(2)。
【数学式2】
Δw=(JTJ)-1·JT·e...(2)
从而,能够通过获取机构参数数量即N以上的误差e的测定数据,求出机构参数误差Δw。
接下来,作为步骤S33,控制装置3通过将求出的机构参数误差Δw添加进机构参数,来对指令程序Pr进行校正。具体而言,以位于第一地点P1的控制点G的实坐标(X,Y,Z)成为(-100,400,300)的方式,对位于第一地点P1的控制点G的理论坐标进行校正,以位于第二地点P2的控制点G的实坐标(X,Y,Z)成为(200,500,300)的方式,对位于第二地点P2的控制点G的理论坐标进行校正。
然后,控制装置3在下次以后的预定作业中,基于已校正的指令程序Pr,驱动机器人2。由此,下次以后的预定作业中,机构参数误差Δw减小,优选减为零,能够精度良好地进行预定作业。
此处,机构参数误差Δw因机械臂22的发热、环境温度、经年的疲劳变形、松动、与周围的碰撞导致的变形等的种种的要因而时刻变化。从而,优选通过上述的方法定期对指令程序Pr进行校正。对更新的定时而言,不做特别限定,例如,也可以是,在预定作业的反复中,每当到达第一地点P1以及第二地点P2,收集误差e的测定数据,每当收集了必要数量的测定数据,对指令程序Pr进行校正。另外,也可以是,每预定次数(例如,每100次预定作业)开始误差e的测定数据的收集,对指令程序Pr进行校正。另外,也可以是,每预定运行时间(例如,每1小时)开始误差e的测定数据的收集,对指令程序Pr进行校正。
以上,针对机器人***1,进行了说明。这样的机器人***1的控制方法如前文所述,是具有反复进行预定作业的机械臂22的机器人***1的控制方法,包括:第一移动距离计算步骤S1,求出第一移动距离D1,所述第一移动距离D1是用于使机械臂22执行预定作业的指令程序Pr中的设定于机械臂22的控制点G的移动距离;第二移动距离计算步骤S2,使用测定机械臂22的移动的测定机24,求出第二移动距离D2,所述第二移动距离D2是基于指令程序Pr使机械臂22活动时的控制点G的移动距离;以及校正步骤S3,基于第一移动距离D1与第二移动距离D2之间的误差,对指令程序Pr进行校正,在下次以后的预定作业的至少一部分中,基于校正后的指令程序Pr,驱动机械臂22。像这样,能够通过在反复进行的预定作业中检测误差e,并将检测到的误差e反馈给下次以后的预定作业,减小其后的预定作业中的误差e,优选减为零。另外,由于是一边进行预定作业一边校正误差e,所以不需要在预定作业开始前预先进行误差e的检测、以及基于检测到的误差e的指令程序Pr的校正。所以,不会招致作业的繁杂化,另外,能够迅速地开始预定作业。
另外,如前文所述,测定机24是配置于机械臂22的惯性传感器。像这样,能够通过使用惯性传感器作为测定机24,精度良好地检测控制点G的第二移动距离D2。
另外,如前文所述,机器人***1具有反复进行预定作业的机械臂22、以及控制机械臂22的驱动的控制装置。另外,控制装置3执行以下步骤:第一移动距离计算步骤S1,求出第一移动距离D1,所述第一移动距离D1是用于使机械臂22执行预定作业的指令程序Pr中的设定于机械臂22的控制点G的移动距离;第二移动距离计算步骤S2,使用测定机械臂22的移动的测定机24,求出第二移动距离D2,所述第二移动距离D2是基于指令程序Pr使机械臂22活动时的控制点G的移动距离;以及校正步骤S3,基于第一移动距离D1与第二移动距离D2之间的误差,对指令程序Pr进行校正,在下次以后的预定作业的至少一部分中,基于校正后的指令程序Pr,驱动机械臂22。像这样,能够通过在反复进行的预定作业中,检测误差e,并将检测到的误差e反馈给下次以后的预定作业,减小其后的预定作业中的误差e,优选减为零。另外,由于是一边进行预定作业一边校正误差e,不需要在预定作业开始前预先进行误差e的检测、基于检测到的误差e的指令程序Pr的校正。所以,不会招致作业的繁杂化,另外,能够迅速地开始预定作业。
第二实施方式
图5是用于说明第二实施方式所涉及的机器人***的控制方法的流程图。
本实施方式的机器人***1的控制方法除了具有判定误差e的测定数据的正常/异常的步骤以外,与前文所述的第一实施方式的机器人***1是同样的。所以,以下的说明中,针对本实施方式,以其与前文所述的第一实施方式之间的不同点为中心进行说明,针对同样的事项,省略其说明。另外,本实施方式中的图中,针对与前文所述的实施方式同样的结构,标记相同的附图标记。
如图5所示,本实施方式的机器人***1的控制方法包括判定步骤S4,判定步骤S4先于校正步骤S3进行,判定在第二移动距离计算步骤S2中求出的第二移动距离D2的正常/异常。然后,在误差e的测定数据为正常的情况下,控制装置3进入校正步骤S3。与之相对地,在误差e的测定数据为异常的情况下,作为步骤S5,控制装置3停止机器人2的驱动并结束预定作业,并且,将其要意告知用户。通过添加这样的判定步骤S4,能够迅速地查知机器人2的异常,能够有效地抑制预定作业的失败导致的工件W的废弃、作业成品率的降低、以及作业时间的延长等。
需要说明的是,对正常/异常的判定方法而言,不做特别限定,例如,列举预先对误差e设定阈值,若误差e在阈值以内则判定为正常,若超过阈值则判定为异常的方法。根据这样的方法,能够容易地进行正常/异常的判定。另外,也可以是,预先对第二移动距离D2设定阈值,若第二移动距离D2在阈值以内则判定为正常,若超过阈值则判定为异常。
如以上这样,本实施方式的机器人***的控制方法包括判定步骤S4,判定步骤S4先于校正步骤S3进行,判定第一移动距离D1与第二移动距离D2之间的误差e为正常还是异常。像这样,通过添加判定步骤S4,能够迅速地查知机器人2的异常,能够有效地抑制预定作业的失败导致的工件W的废弃、作业成品率的低下、作业时间的延长等。
另外,如前文所述,在判定步骤S4中,若在第二移动距离计算步骤S2中求出的第二移动距离D2在预定的阈值以内,则判定为误差e为正常,若超过阈值,则判定为误差e为异常。根据这样的方法,能够容易地进行正常/异常的判定。
根据以上这样的第二实施方式,也能够发挥与前文所述的第一实施方式同样的效果。
第三实施方式
本实施方式的机器人***1的控制方法除了将第二移动距离D2设为多个第二移动距离D2的平均值以外,与前文所述的第一实施方式的机器人***1是同样的。所以,以下的说明中,针对本实施方式,以其与前文所述的第一实施方式的不同点为中心进行说明,针对同样的事项,省略其说明。
本实施方式的机器人***1的控制方法中,将第二移动距离D2设为多个第二移动距离D2的平均值。即是说,多次计算第二移动距离D2,将其平均值设为在校正步骤S3中使用的第二移动距离D2。由此,能够抑制突发的异常等导致的第二移动距离D2的意外的偏差,能够计算更加正确的第二移动距离D2。需要说明的是,用于平均化的第二移动距离D2的数量如果是2个以上,就不做特别限定。
特别是,本实施方式中,将在去程(从第一地点P1向第二地点P2的移动)中计算的第二移动距离D2、以及在之后的回程(从第二地点P2向第一地点P1的移动)中计算的第二移动距离D2的平均值设为第二移动距离D2。由此,例如,能够缓和各驱动机构251~256所具备的减速机T的背隙等的影响,能够计算更加正确的第二移动距离D2。
如以上这样,本实施方式的第二移动距离计算步骤S2中,将多个第二移动距离D2的平均值设为第二移动距离D2。由此,能够抑制由突发的异常等导致的第二移动距离D2的意外的偏差,能够计算更加正确的第二移动距离D2。
另外,如前文所述,预定作业包括使控制点G在第一地点P1与第二地点P2之间往返的作业,第二移动距离计算步骤S2中,将控制点G从第一地点P1移动到第二地点P2时的第二移动距离D2、以及控制点G从第二地点P2移动到第一地点P1时的第二移动距离D2的平均值设为第二移动距离D2。由此,例如,能够缓和各驱动机构251~256所具备的减速机T的背隙等的影响,计算更加正确的第二移动距离D2。
通过以上这样的第三实施方式,也能够发挥与前文所述的第一实施方式同样的效果。
以上,针对图示的实施方式,说明了本发明的机器人***的控制方法以及机器人***,但是本发明不限定于此。另外,机器人***的控制方法以及机器人***能够置换为能够发挥同样的机能的任意的工程。另外,也可以将各实施方式适宜组合。
Claims (7)
1.一种机器人***的控制方法,其特征在于,所述机器人***具有反复进行预定作业的机械臂,
所述机器人***的控制方法包括:
第一移动距离计算步骤,求出第一移动距离,所述第一移动距离是用于使所述机械臂执行所述预定作业的指令程序中的设定于所述机械臂的控制点的移动距离;
第二移动距离计算步骤,使用测定所述机械臂的移动的测定机,求出第二移动距离,所述第二移动距离是基于所述指令程序使所述机械臂活动时的所述控制点的移动距离;以及
校正步骤,基于所述第一移动距离与所述第二移动距离之间的误差,对所述指令程序进行校正,
在下次以后的所述预定作业的至少一部分中,基于所述校正后的所述指令程序,驱动所述机械臂。
2.根据权利要求1所述的机器人***的控制方法,其特征在于,
所述第二移动距离计算步骤中,将多个所述第二移动距离的平均值设为所述第二移动距离。
3.根据权利要求2所述的机器人***的控制方法,其特征在于,
所述预定作业包括使所述控制点在第一地点与第二地点之间往返的作业,
在所述第二移动距离计算步骤中,将所述控制点从所述第一地点移动到所述第二地点时的所述第二移动距离、以及所述控制点从所述第二地点移动到所述第一地点时的所述第二移动距离的平均值设为所述第二移动距离。
4.根据权利要求1所述的机器人***的控制方法,其特征在于,
所述机器人***的控制方法包括判定步骤,所述判定步骤先于所述校正步骤进行,判定所述第一移动距离与所述第二移动距离之间的所述误差为正常还是异常。
5.根据权利要求4所述的机器人***的控制方法,其特征在于,
如果在所述第二移动距离计算步骤中求出的所述第二移动距离在预定的阈值以内,则判定为所述第一移动距离与所述第二移动距离之间的所述误差为正常,如果超过所述阈值,则判定为所述误差为异常。
6.根据权利要求1所述的机器人***的控制方法,其特征在于,
所述测定机是配置于所述机械臂的惯性传感器。
7.一种机器人***,其特征在于,具有:
机械臂,反复进行预定作业;以及
控制装置,控制所述机械臂的驱动,
所述控制装置执行以下步骤:
第一移动距离计算步骤,求出第一移动距离,所述第一移动距离是用于使所述机械臂执行所述预定作业的指令程序中的设定于所述机械臂的控制点的移动距离;
第二移动距离计算步骤,使用测定所述机械臂的移动的测定机,求出第二移动距离,所述第二移动距离是基于所述指令程序使所述机械臂活动时的所述控制点的移动距离;以及
校正步骤,基于所述第一移动距离与所述第二移动距离之间的误差,对所述指令程序进行校正,
在下次以后的所述预定作业的至少一部分中,基于所述校正后的所述指令程序,驱动所述机械臂。
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