KR100414526B1 - Control method and gripper for precision micro-positioner - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정밀 위치 결정장치의 파지기구에 관한 것으로서, 특히 로봇 손목부에 장착되어 가공물(5)을 파지함과 동시에 그 가공물(5)을 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 삽입시키는 좌우 한쌍의 죠(15)와, 상기 로봇 손목부와 좌우 한쌍의 죠(15) 사이에 장착되어 좌우 한쌍의 죠(15)가 상기 가공홈(7a)과 가공물(5)의 반력(F)에 의해 벌어지도록 압력을 제어하는 에어 실린더(13)로 되어 있으므로, 에어 실린더(13)에 의해 좌우 한쌍의 죠(15)에서 파지력과 좌우 한쌍의 죠(15) 사이의 거리를 제어할 수 있어 정밀도를 한층 더 높일 수 있으며, 에어 실린더(13)의 사용으로 인하여 부피를 줄일 수 있음과 동시에 단가를 낮출 수 있는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gripping mechanism of a precision positioning device, and in particular, mounted on a robot wrist to grip a workpiece (5) and insert the workpiece (5) into a machining groove (7a) of a lower die (7). A pair of left and right jaws 15 and a pair of left and right jaws 15 are mounted between the robot wrist part and the left and right pairs of jaws 15 so that the reaction force F of the processing groove 7a and the workpiece 5 is applied. Since the air cylinder 13 controls the pressure so as to open by the air cylinder 13, the distance between the gripping force and the pair of left and right jaws 15 can be controlled by the air cylinder 13 to control the accuracy. It can be further increased, the volume can be reduced and the unit price can be lowered at the same time due to the use of the air cylinder (13).
Description
본 발명은 미세 정밀 복합 프레스장치(예컨대, 복합 프레스장치)를 위한 정밀 위치 결정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복합 프레스장치에서 가공되어지는 소재(예컨대, 가공물)의 위치와 자세를 결정하며, 이 위치 결정을 위한 X-Y-Z 선형 스테이지 위에 자세를 결정해주는 회전모듈을 장착하고, 위치 결정 기구 전체에 대한 기구학 및 동역학적 모델링을 수행하였고, 설계시 고려되어야 될 설계변수를 일반화시킴으로써 가공물의 치수에 대해 유연성을 가지도록 한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 및 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a precision positioning device for a fine precision composite press device (e.g., composite press device), and more particularly to determine the position and attitude of the material (e.g., workpiece) to be processed in the composite press device, Flexibility to the dimensions of the workpiece by mounting a positioning module on the XYZ linear stage for positioning, performing kinematic and dynamic modeling of the entire positioning mechanism, and generalizing design variables to be considered in the design It relates to a gripping mechanism and a control method of a precision positioning device to have.
최근 산업발달과 함께 고정밀, 고품질의 요소 부품의 수요가 증가함에 따라 정밀 성형가공기의 사용이 산업전반에 걸쳐 보편화되어가고 있으며, 성형가공기의 정밀도 향상을 위한 개발이 활발히 진행되고 있다. 현재 소형화되어가고 있는 소비재 물품과 이를 가공, 생산하는 제조단계의 공정 등에서 밀리(㎜)단위의 미소기구물(Kinematic-Milli-Structure)이 많이 이용되고 있으나, 이 미소기구물의 대부분이 일체형이며 복합구조물의 경우 여러 성형 과정을 걸쳐서 만들어지게 된다.As the demand for high precision and high quality component parts increases with the recent industrial development, the use of the precision molding machine is becoming common throughout the industry, and development for improving the precision of the molding machine is actively underway. At present, Kinematic-Milli-Structure is widely used in the consumer goods which are being miniaturized and in the manufacturing process of processing and producing them, but most of these micro-structures are integral and complex structures. In this case, it is made through several molding processes.
또한, 복합구조의 미소기구물을 대량 생상할 경우 이를 각 공정별로 재료를 이동시키고 위치와 자세를 유지할 수 있는 장치가 필요하게 된다.In addition, when a large number of micro-structures of the composite structure is produced in large quantities, it is necessary to have a device that can move the material for each process and maintain the position and posture.
그리고, 미소요소 가공용 프레스에 사용되는 이송시스템의 파지기구는 가공물의 효율적인 가공을 위해 가공물의 다양한 자세를 구현할 수 있어야 하며, 특히 높은 위치 정밀도와 반복 정밀도가 구현되어야 한다. 다양한 자세 구현과 높은 정밀도를 동시에 이루기 위해서는 매우 많은 비용의 부수 장비가 필요하기 때문에 현재 일반적으로 시행되고 있는 수가공의 고비용을 절감하기 위한 방법이 많이 연구되고 있다.In addition, the gripping mechanism of the transfer system used for the micro element processing press should be able to implement various postures of the workpiece for efficient processing of the workpiece, and particularly high positional accuracy and repeatability should be implemented. In order to realize various postures and achieve high precision at the same time, very expensive auxiliary equipment is required. Therefore, a lot of researches are being conducted to reduce the high cost of handwork that is currently being practiced.
복합 프레스장치는 다단계의 복합 프레스공정을 통해서 일체의 미소기구물을 만들어내는 장치이다. 이 시스템은 복합 프레스장치 부분과 공정별로 가공물을 적절한 위치와 자세를 유지시켜주는 정밀 위치 결정장치로 크게 나눌 수 있다. 미세 정밀 복합 프레스장치는 제어용 컴퓨터에서 나온 명령이 컨트롤 보드를 통해서 드라이버에 신호가 전달되면, 이 신호에 따라 드라이버는 프레스의 시퀀스와 정밀 위치 결정장치의 모터를 구동하게 되는데, 이때 정밀 위치 결정장치의 끝단(End-effector)에서 측정된 위치 데이터는 제어용 컴퓨터로 피드백(Feedback)된다.The composite press device is a device that produces a single microstructure through a multi-step composite press process. The system is divided into two parts: the complex press unit and the precision positioning device that maintains the proper position and posture of the workpiece by process. In the micro-precision composite press device, when a command from the control computer transmits a signal to the driver through the control board, the driver drives the sequence of the press and the motor of the precision positioning device according to the signal. The position data measured at the end-effector is fed back to the control computer.
또, 복합 프레스장치는 절단 공정에서 일정 크기로 절단된 가공물을 공급부의 정밀 위치 결정장치가 파지해서 가공위치까지 회전 및 이동후 하부다이(Lower Die)의 가공 홈(Hole)에 고정시킨다. 이때 정밀 위치 결정장치는 가공물이 상기 가공홈에 고정될때 가공물과 분리된후 초기위치로 이동되고, 상기 하부다이의 가공홈에 삽입된 가공물은 상부프레스의 하강동작에 따라 예를 들어 의료용 치주 고정용 나사(Implant Fixture) 등으로 가공되어 진다.In addition, the composite press device is fixed to the processing groove (Hole) of the lower die after rotating and moving to the processing position by the precision positioning device of the supply unit gripping the workpiece cut to a certain size in the cutting process. At this time, the precision positioning device is moved to the initial position after being separated from the workpiece when the workpiece is fixed to the processing groove, the workpiece inserted into the processing groove of the lower die, for example, for fixing the medical periodontal according to the lowering operation of the upper press. It is processed by screw (Implant Fixture).
여기서, 상기 정밀 위치 결정장치는 회전모듈(Rotation Modular), 파지기구 (Gripper), 선형 스테이지(Linear Stage)로 구성으로 되어 있고, 병진 방향의 3자 유도(X-Y-Z)와 회전 방향의 1자 유도(θ)를 가진다. 그래서 절단된 수평방향의 가공물은 정밀 위치 결정장치에 의해 파지된(Grasping)후 90°회전되어 수직방향으로 가공위치까지 이송되게 된다.Here, the precision positioning device is composed of a rotation module (rotation modular), a gripper (Gripper), a linear stage (Linear Stage), the three-way induction (XYZ) in the translation direction and one-way induction ( θ). Thus, the cut horizontal workpiece is rotated by 90 ° after being grasped by the precision positioning device to be transferred to the machining position in the vertical direction.
종래의 파지기구는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 로봇 손목부(미도시)에 장착되어 충격력을 흡수하는 컴플라이언스(Compliance)(1)와, 상기 컴플라이언스(1)의 하부에 장착되어 공압 구동기(미도시)에 의해 이동되는 슬라이더(Slider)(3)와, 상기 슬라이더(3)의 일측에 장착되어 슬라이더(3)의 이동에 따라 연동되면서 개폐동작에 의해 가공물(5)을 파지함과 동시에 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 삽입시키는 좌우 한쌍의 죠(Jaws)(9)로 구성되어 있다.1 and 2, the conventional gripping mechanism is mounted on a robot wrist (not shown), a compliance (1) for absorbing the impact force, and a pneumatic is mounted on the lower portion of the compliance (1) Slider (Slider) 3 is moved by a driver (not shown), mounted on one side of the slider (3) interlocked with the movement of the slider (3) to grip the workpiece (5) by opening and closing operation and At the same time, it consists of a pair of left and right jaws 9 inserted into the machining groove 7a of the lower die 7.
이와 같이 구성된 파지기구는 좌우 한쌍의 죠(9)에 의해 가공물(5)을 파지해서 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 가공물(5)을 삽입시킬때 도 1과 같이 가공물(5)이 하부다이(7)의 가공홈(7a) 개구에 충돌하게 되는데, 이때 컴플라이언스(1)는 그 충격력을 흡수함과 동시에 소정각도로 움직이면서 가공물(5)이 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 용이하게 삽입될 수 있도록 돕는다.The holding mechanism configured as described above holds the workpiece 5 by a pair of left and right jaws 9 to insert the workpiece 5 into the machining groove 7a of the lower die 7 as shown in FIG. 1. The opening of the lower die 7 hits the opening of the processing groove 7a. At this time, the compliance 1 absorbs the impact force and moves at a predetermined angle while the workpiece 5 moves to the processing groove 7a of the lower die 7. To facilitate insertion.
즉, 컴플라이언스(1)는 로봇에서 발생한 위치 및 각도의 오차를 보정하지만, 이러한 보정은 가공물(5)과 하부다이(7)의 가공홈(7a)과의 반력(F)에 의해 이루어진다.That is, the compliance 1 corrects the error of the position and angle which occurred in the robot, but such correction is made by the reaction force F between the workpiece 5 and the machining groove 7a of the lower die 7.
그래서, 종래의 컴플라이언스(1)는 수동적인 형태를 가지기 때문에 정밀도가 떨어질 뿐만 아니라, 부피가 크고 단가가 높다는 문제점이 있었다.Therefore, the conventional compliance 1 has a problem that not only the precision is lowered but also the volume and the unit cost are high because it has a passive form.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 에어 실린더를 장착함으로써 파지기구의 부피를 줄이고 단가를 낮출 수 있도록 한 정밀 위치 결정장치의 파지기구를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a holding mechanism of the precision positioning device to reduce the volume of the holding mechanism and lower the unit cost by mounting an air cylinder.
본 발명의 다른 목적은 에어 실린더에 의해 좌우 한쌍의 죠에서 파지력과 좌우 한쌍의 죠 사이의 거리를 제어함으로써 정밀도를 높이도록 한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 제어방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a gripping mechanism control method of a precision positioning device to increase the precision by controlling the distance between the left and right pair of jaws and the left and right pair of jaws by the air cylinder.
상기 목적을 달성하기 위하여 이루어진 본 발명에 의한 정밀 위치 결정장치의 파지기구는 로봇 손목부에 장착되어 가공물을 파지함과 동시에 그 가공물을 하부다이의 가공홈에 삽입시키는 좌우 한쌍의 죠를 구비한 정밀 위치 결정장치의 파지기구에 있어서, 상기 로봇 손목부와 좌우 한쌍의 죠 사이에 장착되어 좌우 한쌍의 죠가 상기 가공홈과 가공물의 반력에 의해 벌어지도록 압력을 제어하는 에어 실린더를 포함함을 특징으로 한다.The gripping mechanism of the precision positioning device according to the present invention made to achieve the above object is a precision equipped with a pair of left and right jaws mounted on the robot wrist to grip the workpiece and insert the workpiece into the processing groove of the lower die A gripping mechanism of the positioning device, characterized in that it comprises an air cylinder mounted between the robot wrist and the pair of left and right jaws to control the pressure so that the left and right pair of jaws are opened by the reaction force of the workpiece groove and the workpiece. do.
본 발명에 의한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 제어방법은, 로봇 손목부에 장착되어 가공물을 파지함과 동시에 그 가공물을 하부다이의 가공홈에 삽입시키는 좌우 한쌍의 죠를 구비한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 제어방법에 있어서, 상기 가공물과 하부다이의 가공홈과의 접촉(충돌)에 의해 발생된 반력이 좌우 한쌍의 죠를 통해 에어 실린더로 전달되어 에어 실린더내의 공압 변화를 일으킬때 이 공압 변화를 감지하는 단계와, 상기 감지 신호를 디지털량으로 변화시키는 단계와, 상기 디지털량으로 변화된 압력 신호를 받아 파지 압력을 산출하는 단계와, 상기 산출된 파지 압력을 아날로그량으로 변화시키는 단계와, 상기 아날로그량으로 변화된 압력 제어 신호를 서보 밸브에 전달하는 단계와, 상기 서보 밸브에 의해 에어 실린더내의 피스톤 공급압력을 조절하는 단계와, 상기 에어 실린더의 제어에 따라 좌우 한쌍의 죠의 파지력과 좌우 한쌍의 죠간의 거리를 조절하여 가공물의 자세를 조정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 에어 실린더의 공압 변화 감지는 압력센서에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.The gripping mechanism control method of the precision positioning device according to the present invention is a precision positioning device having a pair of left and right jaws mounted on a robot wrist part to hold a workpiece and insert the workpiece into a machining groove of a lower die. In the gripping mechanism control method, when the reaction force generated by the contact (collision) between the workpiece and the machining groove of the lower die is transmitted to the air cylinder through a pair of right and left jaws, this change in pneumatic pressure is caused. Sensing, changing the sensed signal to a digital amount, receiving a pressure signal changed to the digital amount, calculating a gripping pressure, changing the calculated gripping pressure to an analog amount, and Delivering a pressure control signal changed by the amount to the servovalve, and the piston ball in the air cylinder by the servovalve. Adjusting the sudden pressure, and adjusting the attitude of the workpiece by adjusting the grip force of the left and right pair of jaws and the left and right pair of jaws in accordance with the control of the air cylinder, the pneumatic pressure of the air cylinder Change detection is characterized in that made by the pressure sensor.
도 1은 종래의 컴플라이언스를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입되면서 반력을 받는 상태를 도시한 개략도,1 is a schematic view showing a state in which a workpiece gripped by a gripping mechanism using a conventional compliance receives a reaction force while being inserted into a processing groove of a lower die;
도 2는 종래의 컴플라이언스를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입 완료된 상태를 도시한 개략도,2 is a schematic view showing a state in which a workpiece gripped by a gripping mechanism using a conventional compliance is inserted into a processing groove of a lower die;
도 3은 본 발명의 에어 실린더를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입되면서 자세 조정을 받는 상태를 도시한 개략도,3 is a schematic diagram showing a state in which a workpiece gripped by a gripping mechanism using an air cylinder of the present invention is subjected to posture adjustment while being inserted into a processing groove of a lower die;
도 4는 본 발명의 에어 실린더를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입 완료된 상태를 도시한 개략도,4 is a schematic view showing a state in which the workpiece gripped by the gripping mechanism using the air cylinder of the present invention is inserted into the processing groove of the lower die;
도 5는 본 발명의 파지기구에 대한 제어 플로우 챠트이다.5 is a control flowchart for the gripping mechanism of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
5 : 가공물 7 : 하부다이5: workpiece 7: lower die
7a : 가공홈 13 : 에어 실린더7a: machining groove 13: air cylinder
15 : 죠 F : 반력15: Joe F: Reaction
이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
참고로, 도면에서 종래의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일명칭 및 동일부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.For reference, the same components and the same reference numerals are assigned to the same components as the conventional components in the drawings, and detailed description thereof will be omitted.
도 3은 본 발명의 에어 실린더를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입되면서 자세 조정을 받는 상태를 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 에어 실린더를 이용한 파지기구에 의해 파지된 가공물이 하부다이의 가공홈에 삽입 완료된 상태를 도시한 개략도로서, 파지기구는 로봇 손목부(미도시)에 장착되어 압력이 제어되는 에어 실린더(13)와, 상기 에어 실린더(13)의 일측에 장착되어 에어 실린더(13)의 제어에 따라 연동되면서 상기 하부다이(7)의 가공홈(7a)과 가공물(5)의 반력(F)에 의해 벌어지는 좌우 한쌍의 죠(15)로 구성되어 있다.3 is a schematic view showing a state in which a workpiece gripped by a gripping mechanism using an air cylinder of the present invention is subjected to posture adjustment while being inserted into a processing groove of a lower die, and FIG. 4 is a gripping mechanism using the air cylinder of the present invention. A schematic diagram showing a state in which a workpiece gripped by the workpiece is inserted into a processing groove of a lower die, wherein the grip mechanism is mounted on a robot wrist (not shown) to control the pressure of the air cylinder 13 and the air cylinder 13. And a pair of left and right jaws 15 which are mounted on one side of the lower die 7 and interlocked under the reaction force F of the workpiece 5 while being interlocked under the control of the air cylinder 13. It is.
도 5는 본 발명의 파지기구에 대한 제어 플로우 차트로서, 도5에서 S는 스텝(STEP)을 표시한다.Fig. 5 is a control flow chart for the gripping mechanism of the present invention, in which S denotes a step.
상기 가공물(5)과 하부다이(7)의 가공홈(7a)과의 접촉(충돌)에 의해 발생된 반력(F)이 좌우 한쌍의 죠(15)를 통해 에어 실린더(13)로 전달되어 에어 실린더(13)내의 공압 변화를 일으킬때 이 공압 변화를 감지하는 단계(S1)와, 상기감지 신호를 디지털량으로 변화시키는 단계(S2)와, 상기 디지털량으로 변화된 압력 신호를 받아 파지 압력을 산출하는 단계(S3)와, 상기 산출된 파지 압력을 아날로그량으로 변화시키는 단계(S4)와, 상기 아날로그량으로 변화된 압력 제어 신호를 서보 밸브(Servo Valve)에 전달하는 단계(S5)와, 상기 서보 밸브에 의해 에어 실린더(13)내의 피스톤 공급압력을 조절하는 단계(S6)와, 상기 에어 실린더(13)의 제어에 따라 좌우 한쌍의 죠(15)의 파지력과 좌우 한쌍의 죠(15)간의 거리를 조절하여 가공물(5)의 자세를 조정하는 단계(S7)를 갖는다.Reaction force (F) generated by the contact (collision) between the workpiece 5 and the machining groove 7a of the lower die 7 is transmitted to the air cylinder 13 through the pair of left and right jaws 15 Detecting a change in pneumatic pressure (S1) when changing the pneumatic pressure in the cylinder (13), converting the detection signal into a digital amount (S2), and receiving a pressure signal changed by the digital amount to calculate a holding pressure; (S3), changing the calculated gripping pressure to an analog amount (S4), transmitting a pressure control signal changed to the analog amount to a servo valve (S5), and the servo Step (S6) of adjusting the piston supply pressure in the air cylinder (13) by the valve, and the distance between the gripping force of the left and right pair of jaws (15) and the left and right pair of jaws (15) under the control of the air cylinder (13). Adjusting the attitude of the workpiece 5 has a step (S7).
이와 같이 구성된 파지기구는 로봇의 이동에 따라 이에 연동되는 좌우 한쌍의 죠(15)가 가공물(5)을 파지해서 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 접근시키면, 로봇에서 발생된 위치 및 각도의 오차에 의해 상기 가공물(5)이 도 3과 같이 하부다이(7)의 가공홈(7a)측 개구 벽면과 접촉(충돌)하게 되고, 이 접촉에 따라 반력(F)이 발생되면서 그 반력(F)이 좌우 한쌍의 죠(15)를 통해 에어 실린더(13)로 전달된다.The gripping mechanism configured as described above has a position generated by the robot when a pair of left and right jaws 15 interlocked with each other by the movement of the robot grips the workpiece 5 and approaches the machining groove 7a of the lower die 7. Due to the error of the angle, the workpiece 5 comes into contact (collision) with the opening wall surface on the side of the processing groove 7a of the lower die 7 as shown in FIG. 3, and the reaction force F is generated according to the contact. (F) is transmitted to the air cylinder 13 through the pair of left and right jaws 15.
즉, 에어 실린더(13)로 공급되는 공압 변화를 압력센서가 감지하게 되면(S1), 이 감지된 신호는 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter;ADC)를 통해(S2) 제어시스템에 압력 정보가 전달됨으로써 하부다이(7)의 가공홈(7a)에 삽입시키기 위한 파지 압력이 산출된다.(S3)That is, when the pressure sensor detects a change in the pneumatic pressure supplied to the air cylinder 13 (S1), the detected signal is transmitted to the control system through the analog digital converter (ADC) (S2). As a result, a gripping pressure for inserting into the machining groove 7a of the lower die 7 is calculated. (S3)
그리고, 제어시스템에서 산출된 측정값은 디지털 아날로그 컨버터(Digital Analog Converter;DAC)를 통해(S4) 서보 밸브에 압력 제어 신호가 전달되면(S5), 서보 밸브에서 에어 실린더(13)내의 피스톤 공급압력이 조절(S6)됨과 동시에 상기좌우 한쌍의 죠(15)의 파지력과 좌우 한쌍의 죠(15)간의 거리가 제어함으로써(S7) 가공물(5)의 자세가 조정되고, 이에 따라 가공물(5)은 도 4와 같이 하부다이(7)의 가공홈(7a)과 대응하는 방향으로 수직되게 세워져 삽입된다.When the pressure control signal is transmitted to the servovalve through a digital analog converter (DAC) (S4), the measured value calculated by the control system (S5) is applied to the piston supply pressure in the air cylinder 13 at the servovalve. The posture of the workpiece 5 is adjusted by controlling the holding force of the pair of left and right jaws 15 and the distance between the left and right pair of jaws 15 while being adjusted (S6) (S7). As shown in FIG. 4, it is vertically inserted in the direction corresponding to the machining groove 7a of the lower die 7.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 정밀 위치 결정장치의 파지기구 및 제어방법은 에어 실린더에 의해 좌우 한쌍의 죠에서 파지력과 좌우 한쌍의 죠 사이의 거리를 제어함으로써 정밀도를 높이고, 부피를 줄임과 동시에 단가를 낮출 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the gripping mechanism and the control method of the precision positioning device according to the present invention control the distance between the gripping force and the pair of left and right jaws in a pair of left and right jaws by means of an air cylinder, thereby increasing accuracy and reducing volume. It has the effect of lowering the unit price.
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