(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後に縦列配置した前方胴部及び後方胴部と、前方胴部及び後方胴部を互いに近接離間させるための推進力付与手段を備え、
前方胴部及び後方胴部の外周面に、弾力性を有し且つ後方へ傾斜した多数の推進用外毛を備え、
推進力付与手段が、前方胴部及び後方胴部のいずれか一方の胴部に搭載したモータと、他方の胴部に一端を連結した連結ロッドと、モータの回転運動を連結ロッドの往復運動に変換する動力伝達機構を備え、
動力伝達機構が、モータの出力軸に連結した回転板と、回転板及び連結ロッドに連結したリンクを備えていることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項２】
連結ロッドの一端を連結した他方の胴部が前方胴部であって、
前方胴部が、その尾部に、上下左右に回動可能な偏向板を備え、この偏向板に連結ロッドの一端が連結してあることを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
前後に縦列配置した前方胴部及び後方胴部と、前方胴部及び後方胴部を互いに近接離間させるための推進力付与手段を備え、
前方胴部及び後方胴部の外周面に、弾力性を有し且つ後方へ傾斜した多数の推進用外毛を備え、
推進力付与手段が、後方胴部に一端を連結した中空状のケーブルと、前方胴部及び後方胴部の間に介装したスプリングと、ケーブルに挿通され且つ後方胴部を貫通して前方胴部に一端を連結したワイヤを備えていることを特徴とする移動ロボット。
【請求項４】
後方胴部に、電力供給や信号の送受信を行うためのケーブルの一端を連結したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項５】
前方胴部及び後方胴部に、推進用外毛を胴部に沿う状態に折り畳む外毛折り畳み機構を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の移動ロボットにおいて、推進用外毛に代えて、前方胴部及び後方胴部の外周面に、同外周面に直交する張り出し状態から後方へ回動して同外周面に沿う状態に至る範囲で回動自在な複数の推進用フィンを備えたことを特徴とする移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば狭隘な場所に投入して、内部の探査や点検などに用いられる移動ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の移動ロボットとしては、例えば特許文献１に記載されているように、車輪により支持されたボディに、軸体を備えると共に、軸体に、弾力性を有する複数本の毛状体束を傾斜させて備えたものがあった。この移動ロボットは、軸体を振動させることにより、毛状体束を撓ませ、その復元力を推進力として移動する。
【０００３】
この他、従来の移動ロボットとしては、例えば特許文献２に記載されているように、回転体の回転力により推進力を発生させる回転推進部と、回転推進部の後方に連結した毛状体支持軸を備え、毛状体支持軸に毛状体を傾斜させて植設したものがあった。この移動ロボットは、毛状体により後戻りを防止しながら、回転体により移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２８５６９３号
【特許文献２】特許第４２０８２４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したような従来の移動ロボットにあっては、毛状体束を振動させてその復元力を推進力とするものでは、移動速度が遅いうえに、増速が困難であるという問題点があった。また、回転体の回転力を推進力とするものでは、回転体の駆動部や、複数の間接部及びそれらの駆動部などによって、装置構造が複雑になるという問題点があり、これらの問題点を解決することが課題であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、移動速度の増減制御が容易であると共に、装置構造の簡略化を実現することができる移動ロボットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の移動ロボットは、前後に縦列配置した前方胴部及び後方胴部と、前方胴部及び後方胴部を互いに近接離間させるための推進力付与手段を備え、前方胴部及び後方胴部の外周面に、弾力性を有し且つ後方へ傾斜した多数の推進用外毛を備え、推進力付与手段が、前方胴部及び後方胴部のいずれか一方の胴部に搭載したモータと、他方の胴部に一端を連結した連結ロッドと、モータの回転運動を連結ロッドの往復運動に変換する動力伝達機構を備え、動力伝達機構が、モータの出力軸に連結した回転板と、回転板及び連結ロッドに連結したリンクを備えている構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
本発明の移動ロボットは、例えば狭隘な場所に投入され、推進力付与手段により、前後に縦列配置した前方胴部及び後方胴部を互いに近接離間させる。この際、移動ロボットは、前方胴部及び後方胴部の外周面に、弾力性を有し且つ後方へ傾斜した多数の推進用外毛を備えているので、互いに近接する方向に動作したときには、接地面（狭隘部における上下左右の接触面）に対して前方胴部の推進用外毛が抵抗となり、前方胴部の後退を阻止しつつ後方胴部が前進する。
【０００９】
逆に、前方胴部及び後方胴部が互いに離間する方向に動作したときには、接地面に対して後方胴部の推進用外毛が抵抗となり、後方胴部の後退を阻止しつつ前方胴部が前進する。このように、移動ロボットは、前方胴部及び後方胴部を互いに近接離間させる動作を繰り返すことで、前方胴部及び後方胴部が交互に前進しながら移動する。したがって、近接離間動作を調整すれば移動速度が増減する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の移動ロボットは、推進用外毛を有する前方胴部及び後方胴部、並びに推進力付与手段を採用し、特に、モータと連結ロッドと動力伝達機構を備えた推進力付与手段や、回転板及びリンクを備えた動力伝達機構を採用したことにより、移動速度の増減制御を容易に行うことができると共に、装置構造の簡略化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の移動ロボットの一実施形態を説明する図であって、前進時の側面図（Ａ）及び後退時の側面図（Ｂ）である。
【図２】本発明の移動ロボットの他の実施形態を説明する側面図である。
【図３】本発明の移動ロボットのさらに他の実施形態を説明する図であって、前進時において前方胴部と後方胴部を離間させた状態を示す断面図（Ａ）、前進時において前方胴部と後方胴部を近接させた状態を示す断面図（Ｂ）、及び強制的な後退時の側面図（Ｃ）である。
【図４】図３に示す胴部の内部を説明する断面図である。
【図５】本発明の移動ロボットの応用例を説明する平面図である。
【図６】本発明の移動ロボットのさらに他の実施形態を説明する図であって、前進時において前方胴部と後方胴部を近接させた状態を示す断面図（Ａ）、及び前進時において前方胴部と後方胴部を離間させた状態を示す断面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示す移動ロボットＲ１は、例えば狭隘な場所において、その内部の探査や点検などに用いられるものであって、前後に縦列配置した前方胴部１及び後方胴部２と、前方胴部１及び後方胴部２を互いに近接離間させるための推進力付与手段３を備えている。
【００１３】
前方胴部１は、先端部を曲面又は球面とした筒状を成すものであって、円形若しくは楕円形の断面形状を有している。また、後方胴部２は、後端部を曲面又は球面とした筒状を成し、前方胴部１と同等の断面形状を有している。つまり、前後の胴部１，２は、狭隘な場所に容易に進入し得るように、なるべく角部の少ない滑らかな外観形状を有するものとなっている。
【００１４】
さらに、前後の胴部１，２は、夫々の外周面に、弾力性を有し且つ後方へ傾斜した多数の推進用外毛４を備えている。この推進用外毛４は、例えば金属や樹脂から成るものであって、各胴部１，２を地面から離間させて保持し得る程度の剛性と適当な弾力性を有しており、各胴部１，２の外周面全体にわたって均一に植設してある。
【００１５】
この実施形態の推進力付与手段３は、前方胴部１及び後方胴部２のいずれか一方の胴部（図示例では後方胴部２）に搭載したモータ５と、他方の胴部（前方胴部１）に一端を連結した連結ロッド６と、モータ５の回転運動を連結ロッド６の往復運動に変換する動力伝達機構７を備えている。
【００１６】
上記の推進力付与手段３において、連結ロッド６は、前方胴部１に一端を連結すると共に、後方胴部２に設けたガイド８に対して軸線方向に摺動自在である。また、動力伝達機構７は、モータ５の出力軸に連結した回転板９とリンク１０を備え、リンク１０の一端部を連結ロッド６の他端部に回転自在に連結すると共に、リンク１０の他端部を回転板９の円周上に回転自在に連結した構造になっている。
【００１７】
これにより、推進力付与手段３は、モータ５を回転駆動すると、回転板９の回転運動がリンク１０を介して連結ロッド６の往復運動に変換され、前後の胴部１，２を近接離間させることとなる。
【００１８】
さらに、移動ロボットＲ１は、後方胴部２に、電力供給や信号の送受信を行うためのケーブル１１の一端が連結してある。これに対して、前方胴部１の先端部には、例えばＣＣＤカメラ等の撮像手段、照明及び各種のセンサ類などを搭載し、前記ケーブル１１を介して搭載機器への電力供給や信号の送受信を行う。これにより、移動ロボットＲ１は、搭載した撮像手段からの映像を確認しながら遠隔操作することが可能である。さらに、移動ロボットＲ１は、前後の胴部１，２に、推進用外毛４を折り畳む機構、若しくは推進用外毛４を反転させる機構を設けることができる。
【００１９】
なお、前記ケーブル１１は、図１では前後の胴部１，２間の部分を直線状に示したが、その間の部分では、前後の胴部１，２の近接離間動作に追従し得るように、弾性的に撓ませたりコイル状に形成したりすることができる。
【００２０】
上記構成を備えた移動ロボットＲ１は、例えば、災害時に発生した瓦礫の下などの狭隘な場所に投入されて、その内部の探査などを行うこととなり、図１（Ａ）に示すように、推進力付与手段３により、前方胴部１及び後方胴部２を互いに近接離間させることで移動する。すなわち、前後の胴部１，２が互いに近接する方向に動作したときには、接地面（狭隘部においては上下左右の接触面）に対して前方胴部１の推進用外毛４が抵抗となり、前方胴部１の後退が阻止されるので、後方胴部２だけが前進する。
【００２１】
また、前後の胴部１，２が互いに離間する方向に動作したときには、接地面に対して後方胴部２の推進用外毛４が抵抗となり、後方胴部２の後退が阻止されるので、前方胴部１だけが前進する。このように、移動ロボットＲ１は、前後の胴部１，２の近接離間動作を繰り返すことで、前後の胴部１，２が交互に前進しながら移動することとなり、モータ５の速度を制御して近接離間動作を調整すれば移動速度を増減させることができる。
【００２２】
さらに、移動ロボットＲ１は、図１（Ｂ）に示すように、前後の胴部１，２の推進用外毛４を前方へ傾斜するように反転させ、この状態で推進力付与手段３により前後の胴部１，２を近接離間動作させると、後退させることができる。つまり、前進時とは逆に、前後の胴部１，２を近接させると前方胴部１だけが後退し、前後の胴部１，２を離間させると後方胴部２だけが後退することとなり、この近接離間動作を繰り返すことで、前後の胴部１，２が交互に後退しながら移動する。
【００２３】
このように、上記実施形態の移動ロボットＲ１は、例えば、毛状体束の復元力を推進力とする従来の移動ロボットや、回転体の回転力を推進力とする従来の移動ロボットに比べて、装置構造が簡単なものとなり、移動速度の増減制御を容易に行うことができる。また、移動ロボットＲ１は、毛状体束を利用した従来の移動ロボットよりも早い速度で移動することが可能である。
【００２４】
さらに、移動ロボットＲ１は、モータ５、連結ロッド６及び動力伝達機構７で構成した推進力付与手段３を採用したので、簡単で且つ軽量な構造であるうえに、速度制御に容易に対処することができる。そしてさらに、移動ロボットＲ１は、ケーブル１１を備えているので、そのケーブル１１を引くことによって狭隘な場所から速やかに撤去させることができ、この際、推進用外毛４を図１（Ｂ）に示す如く反転させれば、撤去作業をより円滑に行うことができる。
【００２５】
図２に示す移動ロボットＲ２は、図１に示すものと同等の基本的構造を有するほかに、前方胴部１が、その尾部に、上下左右に回動可能な偏向板１２を備えており、この偏向板１２に連結ロッドの一端が連結してある。偏向板１２は、前方胴部１の軸線回りに配置した少なくとも三個の伸縮駆動型のアクチュエータ１３によって支持してあり、これらのアクチュエータ１３を選択的に伸縮駆動することで上下左右に回動する。
【００２６】
そして、移動ロボットＲ２は、上記偏向板１２に連結ロッド６の一端を連結し、このとき、連結ロッド６は先の実施形態と同様に後方胴部２においてガイド８により往復動自在に保持されているので、アクチュエータ１３を選択的に伸縮駆動すると、偏向板１２が回動せずに前方胴部１が回動する。これにより、移動ロボットＲ２は、前方胴部１の向きを変えて進路変更を行うことができる。
【００２７】
図３及び図４に示す移動ロボットＲ３は、前後に縦列配置した前方胴部１及び後方胴部２と、前方胴部１及び後方胴部２を互いに近接離間させるための推進力付与手段３０を備えている。前後の胴部１，２は、先端部又は後端部を尖頭状にした筒状を成すものであって、図４に示す如く楕円形の断面形状を有しており、夫々の外周面に、弾力性を有し且つ後方へ傾斜した多数の推進用外毛４を備えている。
【００２８】
この実施形態の推進力付与手段３０は、後方胴部２に一端を連結した中空状のケーブル１１と、前方胴部１及び後方胴部２の間に介装したスプリング３１と、前記ケーブル１１に挿通され且つ後方胴部２を貫通して前方胴部１に一端を連結したワイヤ３２を備えている。
【００２９】
ケーブル１１は、先の実施形態に示したものと同様に、前方胴部１の搭載機器への電力供給や信号の送受信を行うものであり、ワイヤ３２を挿通し得るように中空状を成している。スプリング３１は、圧縮コイルばねであって、前方胴部１の尾部に設けた偏向板１２と、後方胴部２の頭部に設けた保持板３３との間に介装してある。ワイヤ３２は、前方胴部１の偏向板１２に連結してある。
【００３０】
偏向板１２は、先の実施形態と同様に、前方胴部１の軸線回りに配置した少なくとも三個の伸縮駆動型のアクチュエータ１３によって支持してある。また、偏向板１２及び保持板３３は、二重の連結ロッド３４により近接離間可能に連結してある。これにより、アクチュエータ１３を選択的に駆動すると、偏向板１２が回動せずに前方胴部１が回動し、進路変更を行うことができる。
【００３１】
この実施形態の移動ロボットＲ３は、 前方胴部１及び後方胴部２に、推進用外毛４を胴部に沿う状態に折り畳む外毛折り畳み機構を備えると共に、各胴部１，２における前後及び上下にゴム製の車輪３５を備えている。
【００３２】
外毛折り畳み機構は、各胴部１，２の内部において前後方向に配置した主動ロッド３６と、各胴部１，２に対して回転自在に連結した前後の短リンク３７と、各胴部１，２の外部において前後方向に配置した従動ロッド３８と、従動ロッド３８に固定した外毛抑えアーム３９を備えている。主動ロッド３６と従動ロッド３８は、前後の短リンク３７により連結してある。外毛抑えアーム３９は、推進用外毛４の長さや植設密度に応じて、従動ロッド３８の長手方向に所定間隔で配置してある。
【００３３】
また、外毛折り畳み機構は、前後の胴部１，２の主動ロッド３６が、偏向板１２及び保持板３３を夫々摺動自在に貫通し、図３（Ａ）に示す通常時には、夫々の端部同士の間に一定の間隔を有している。また、偏向板１２及び保持板３３には、外毛折り畳み機構の作動時に互いに当接するストッパ４０，４１が設けてある。
【００３４】
前記車輪３５は、図４に上側のみを示すように、胴部１，２の内部において、ブラケット４２及び車軸４３により保持されている。また、ブラケット４２には、車軸４３の後退回転を阻止するワンウェイクラッチ４４と、出力軸に歯車４５ａを固定したブレーキ４５が設けてある。ワンウェイクラッチ４４は、外歯車４４ａを有し、この外歯車４４ａをブレーキ４５の歯車４５ａに係合することで回転が阻止され、車軸４３の前進回転のみを許容している。
【００３５】
上記構成を備えた移動ロボットＲ３は、例えば狭隘な場所に投入され、その外部において、ワイヤ３２の拘束及び中空ケーブル１１の押し込みと、中空ケーブル１１の拘束及びワイヤ３２の開放とを人為的に繰り返すことにより、前後の胴部１，２が近接離間動作を行いながら交互に前進して移動することとなる。
【００３６】
すなわち、移動ロボットＲ３は、ワイヤ３２を拘束しつつ中空ケーブル１１を押し込むと、前方胴部１の移動が阻止され、図３（Ｂ）に示すように、後方胴部２がスプリング３１を圧縮しつつ前進する。この際、ワイヤ３２を若干引いても、各車輪３５が後転しないので前方胴部１が後退することは無い。また、外毛折り畳み機構は、前後の主動ロッド３６の端部同士が接近するだけで作動しない。
【００３７】
次に、中空ケーブル１１を拘束しつつワイヤ３２を解放すると、後方胴部２の移動が阻止され、スプリング３１の反発力により前方胴部１が前進する。この際、中空ケーブル１１を若干引いても、各車輪３５が後転しないので後方胴部２が後退することは無い。
【００３８】
このように、上記の移動ロボットＲ３は、中空ケーブル１１とワイヤ３２を操作することにより徐々に前進させることができ、先の実施形態と同様の作用及び効果をもたらすことができるうえに、装置構造がより一層簡単なものとなり、しかも、前転のみが許容された車輪３５を上下に備えているので、より円滑な移動を実現することができる。
【００３９】
また、上記の移動ロボットＲ３は、図３（Ｂ）に示す胴部１，２の近接状態から、前後のストッパ４０，４１が互いに当接するまでさらにワイヤ３２を引くと、外毛折り畳み機構が作動する。
【００４０】
すなわち、前後の胴部１，２がさらに接近すると、前後の主動ロッド３６の端部同士が当接し、これにより、前方胴部１では、主動ロッド３６が前方に押出され、短リンク３７を介して従動ロッド３８が後方に移動し、従動ロッド３８とともに各外毛抑えアーム３９が後方に移動して、推進用外毛４を寝かせるようにして折り畳む。
【００４１】
また、後方胴部２では、主動ロッド３６が後方に押出され、短リンク３７を介して従動ロッド３８が前方に移動し、従動ロッド３８とともに各外毛抑えアーム３９が前方に移動して、推進用外毛４を反転させるようにして折り畳む。
【００４２】
このようにして、移動ロボットＲ３は、図３（Ｃ）に示すように、外毛折り畳み機構により、推進用外毛４が後退動作の妨げにならないようにする。そして、移動ロボットＲ３は、外毛折り畳み機構の作動と共に、ブレーキ４５を解放してワンウェイクラッチ４４の拘束を解くことで各車輪３５をフリーの状態にする。その後、中空ケーブル１１及びワイヤ３２を牽引することで、狭隘な場所から速やかに撤去させることができる。
【００４３】
なお、上記の実施形態では、前後の胴部１，２における外毛折り畳み機構を同等の構成とし、前方胴部１では推進用外毛４を寝かせるように折り畳み、後方胴部２では推進用外毛４を反転させるように折り畳むものとしたが、移動ロボットＲ３の撤去を考慮した場合、前方胴部１の推進用外毛４を反転させるように折り畳むことも有効である。
【００４４】
前方胴部１において推進用外毛４を反転させるには、例えば、短リンク３７に代えて、互いに成す角度が増減するように連動をする一対のリンクを使用する。そして、一対のリンクの回動部を前方胴部１に取り付け、一方のリンクの先端を主動ロッド３６に連結すると共に、他方のリンクの先端を従動ロッド３８に連結する。
【００４５】
これにより、前方胴部１では、主動ロッド３６が前方に押出されるのに伴って、一対のリンクを介して、従動ロッド３８及び外毛抑えアーム３９も前方に移動し、推進用外毛４が反転するように折り畳まれる。なお、外毛折り畳み機構（外毛反転機構）は、アクチュエータを駆動源に用いることも可能であるが、上記実施形態のように前後の胴部１，２の接近動作を利用して作動する構成にすれば、装置構造のさらなる小型軽量化を図ることができる。このような外毛折り畳み機構（外毛反転機構）は、図１及び図２で説明した移動ロボットＲ１，Ｒ２にも適用可能である。
【００４６】
上記の各実施形態の移動ロボットＲ１〜Ｒ３は、夫々単独で用いることが当然可能であるが、例えば図５に示すように、ケーブル１１（及びワイヤ３２）で複数の移動ロボットＲ１（Ｒ２，Ｒ３）を所定間隔に連結して使用することもできる。図示例の場合は、最前端の移動ロボットＲ１にカメラＣを搭載し、狭隘な場所の外部において、カメラＣの画像をモニターＭに表示して遠隔操作を行う状態を示している。
【００４７】
このように、複数の移動ロボットＲ１（Ｒ２，Ｒ３）を連結して用いると、ケーブル１１の牽引負荷を分散させることができると共に、各移動ロボットＲ１の近接離間動作が相互に協力して狭隘な場所に奥深く進めることが可能となる。
【００４８】
図６に示す移動ロボットＲ４は、図１に示す移動ロボットＲ１を水中用に変更したものである。
すなわち、 図示の移動ロボットＲ４は、推進力付与手段３を備えると共に、前方胴部１及び後方胴部２の外周面に、推進用外毛（４）に代えて、同外周面に直交する張り出し状態から後方へ回動して同外周面に沿う状態に至る範囲で回動自在な複数の推進用フィン５０を備えている。
【００４９】
上記の移動ロボットＲ４は、水中において、推進力付与手段３により前後の胴部１，２を近接離間させることにより移動する。すなわち、図６（Ａ）に示すように、前後の胴部１，２が近接する方向に動作したときには、前方胴部１の推進用フィン５０が水の抵抗により張り出して、前方胴部１の後退を阻止するので、後方胴部２だけが推進用フィン５０を畳みつつ前進する。
【００５０】
また、前後の胴部１，２が離間する方向に動作したときには、図６（Ｂ）に示すように、後方胴部２の推進用フィン５０が水の抵抗により張り出して、後方胴部２の後退を阻止するので、前方胴部１だけが推進用フィン５０を畳みつつ前進する。このように、移動ロボットＲ４は、前後の胴部１，２を交互に前進させて水中を移動することとなる。
【００５１】
上記実施形態の移動ロボットＲ４は、先の各実施形態の移動ロボットのように狭隘な場所に投入されるものではないが、移動速度の増減制御を容易に行うことができると共に、装置構造の簡略化を実現する点においては先の各実施形態と同等であり、水中の探査に非常に有用である。
【００５２】
なお、本発明の移動ロボットは、その構成が上記の各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、構成の細部を適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
Ｒ１〜Ｒ４  移動ロボット
１          前方胴部
２          後方胴部
３          推進力付与手段
４          推進用外毛
５          モータ（推進力付与手段）
６          連結ロッド（推進力付与手段）
７          動力伝達機構（推進力付与手段）
９          回転板（動力伝達機構）
１０        リンク（動力伝達機構）
１１        ケーブル（推進力付与手段）
１２        偏向板
３０        推進力付与手段
３１        スプリング（推進力付与手段）
３２        ワイヤ（推進力付与手段）
３６        主動ロッド（外毛折り畳み機構）
３７        短リンク（外毛折り畳み機構）
３８        従動ロッド（外毛折り畳み機構）
３９        外毛抑えアーム（外毛折り畳み機構）
５０        推進用フィン
【図１】
0005684512.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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