CN108502054A - 一种车体变形麦克纳姆轮小车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车包括车体框架,所述车体框架由两个第一连杆和两个第二连杆通过四个铰接件首尾铰接而成,所述第一连杆和第二连杆相邻设置;两个所述第二连杆的外侧壁均设有两个麦克纳姆轮,两侧的所述麦克纳姆轮成手性对称,两个所述第二连杆的内侧壁分别设有驱动所述麦克纳姆轮运动的第一蜗轮蜗杆电机,该小车安装了麦克纳姆轮,将四个麦克纳姆轮分别连接上独立的蜗轮蜗杆电机,由于麦克纳姆轮在行进过程中受力方向不是向正前方,所以通过麦克纳姆轮的不同转动方向可以调节车的运动状态,实现向左右平移、转弯等灵活运动。
Description
技术领域
本发明属于小车领域,特别涉及一种车体变形麦克纳姆轮小车。
背景技术
近几年,自然灾害频繁发生,给人民生命安全、财产安全带来了很大的危害,所以救援工作显得尤为重要。在救援过程中,倒塌的建筑物、以及沙石,土块,水等,给救援工作造成很大障碍。尤其是针对地震洪灾等灾害造成的山体滑坡和塌方导致的路面变窄而无法使传统救灾车辆通过,延误了第一救灾时间。为了克服现有技术存在的问题,市面上出现了许多越障车模型,例如CN203094220公开的柔性越障车,CN202225931公开的四连杆变形履带越障车等,但是目前现有技术公开的越障车在前进过程中不能够灵活地进行转弯、左右移动、灵活转动等动作。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供了一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车安装了麦克纳姆轮,将四个麦克纳姆轮分别连接上独立的蜗轮蜗杆电机,由于麦克纳姆轮在行进过程中受力方向不是向正前方,所以通过麦克纳姆轮的不同转动方向可以调节车的运动状态,实现向左右平移、转弯、灵活运动等。
本发明具体技术方案如下:
本发明提供一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车包括车体框架,所述车体框架由两个第一连杆和两个第二连杆通过四个铰接件首尾铰接而成,所述第一连杆和第二连杆相邻设置;两个所述第二连杆的外侧壁均设有两个麦克纳姆轮,两侧的所述麦克纳姆轮成手性对称,两个所述第二连杆的内侧壁分别设有驱动所述麦克纳姆轮运动的第一蜗轮蜗杆电机。
进一步的改进,铰接件均为合页。
进一步的改进,四个所述铰接件均包括与所述第一连杆固定连接的第一叶片、与所述第二连杆固定连接的第二叶片及传动部,所述传动部包括中空的转动轴,所述第一连杆和第二连杆的侧壁分别通过第一轴承套接在所述转动轴的上端和下端,所述第一连杆和第二连杆靠近所述转动轴的侧壁均设有开口,所述开口内设有与所述侧壁平行的固定轴,每一所述固定轴上均固定套接有传动齿轮;所述转动轴的侧壁对称开设有开槽,所述转动轴内对应所述开槽的位置设有水平放置的传动轴,所述传动轴的两端通过第二轴承固定在所述转动轴的内壁,所述传动轴的两端面固定有伸入所述开口内且与所述传动齿轮啮合的锥齿轮;其中一个所述铰接件还设有驱动部,所述驱动部包括通过连接板竖直设置在所述转动轴内部的伺服电机,所述伺服电机的输出端连接有蜗杆,所述蜗杆上啮合有与所述蜗杆转动方向垂直的蜗轮,所述蜗轮固定穿设在所述传动轴上。
进一步的改进,与设有驱动部的铰接件成对角线的另一铰接件上还设有锁紧部,所述锁紧部包括通过底板竖直固定在所述转动轴内的第一伸缩电缸,所述第一伸缩电缸位于所述传动轴的下方,所述第一伸缩电缸的输出端固定有半圆形的锁紧板,所述锁紧板靠近所述传动轴的一侧面成型有锁紧齿条,所述传动轴上与所述锁紧板对应位置处固体套设有与所述锁紧齿条啮合的锁紧齿轮。
进一步的改进,所述固定轴上位于所述传动齿轮的底部设有定位块,所述定位块上开设有容纳所述传动齿轮的凹槽,所述转动轴内设有两个L型支架,每一所述L型支架的一端与其中一个所述第一轴承的侧壁固定,另一端伸出开槽与所述定位块铰接。
进一步的改进,所述第二连杆由第一杆部和第二杆部铰接而成,两个所述麦克纳姆轮和第一蜗轮蜗杆电机分别设置在第一杆部和第二杆部上。
进一步的改进,所述第一杆部和第二杆部的铰接处设有转动副,所述转动副包括设置在所述铰接处的内侧壁的第二蜗轮蜗杆电机,所述第二蜗轮蜗杆电机的输出轴穿过铰接处且其端部设有转动轮组,所述转动轮组包括固定套设在所述第二蜗轮蜗杆电机的输出轴上的圆形板,所述圆形板远离所述铰接处的一侧面上设有一第二伸缩电缸,所述圆形板的边缘处设有三个支杆,三个所述支杆的中部开设有与所述支杆平行的滑行槽,每一所述滑行槽内滑动连接有一个滑块,三个所述滑块上分别设有与所述支杆垂直的支杆轴,三个所述支杆轴上固定套设有三个麦克纳姆轮;所述第二伸缩电缸的两端分别固定有铰球座,其中一个所述铰球座设有一个第一铰球槽,另一个所述铰球座设有两个第二铰球槽,所述第一铰球槽内设有第一铰球,每个所述第二铰球槽内设有第二铰球,所述第一铰球和其中一个所述滑块通过第一辅助杆连接;每个所述第二铰球通过四连杆组件分别与另外两个所述滑块连接,所述四连杆组件包括与所述第二铰球连接的第二辅助杆、与第二辅助杆铰接的第三辅助杆和第四辅助杆及与第三辅助杆和第四辅助杆铰接的第五辅助杆,所述第三辅助杆与所述滑块连接。
进一步的改进,所述第一连杆的外侧壁还安装有摄像头,所述摄像头用于采集行进方向的路况图片;所述转动轴的上还设有角度传感器,所述小车上设置有控制器,所述控制器包括:
第一控制单元:用于分别控制四个所述第一蜗轮蜗杆电机的启停;
接收单元,用于接收摄像头采集的路况图片和角度传感器采集的第一叶片和第二叶片旋转的角度β;
第一计算模块,用于根据接收的路况图像计算路宽;
第一比对模块,用于将小车的宽度L与路宽L1进行比对,当L≥L1,向第一控制模块发送启动伺服电机的指令,小车的宽度L=L2+L3,L2为车体框架的宽度,L3为两个麦克纳姆轮宽度和;
第二控制模块,用于控制伺服电机的启停;
第二计算模块,用于根据接收的第一叶片和第二叶片旋转的角度实时计算车体框架的宽度L21,并计算变形小车的宽度L0,L21=L2×tan(90-2β),L0=L21+L3;
第二比对模块,用于将第二计算模块计算的变形小车的宽度L0与路宽L1进行比对,当L0<L1,向第一控制模块发送停止伺服电机的指令。
进一步的改进,所述控制器还包括:第三控制模块;
当第二比对模块比对出L0<L1时,还用于向第三控制模块发出上升的指令;
第三控制模块,用于控制第一伸缩电缸的上升和下降。
进一步的改进,所述控制器还包括:
判断模块,用于根据接收的路况图像,判断距离小车X米位置处是否有坡度,如果有向第四控制模块发送伸出的指令,同时向第五控制模块发送启动指令;
第四控制模块,用于控制第二伸缩电缸的伸出和缩回;
第五控制模块,用于控制第二蜗轮蜗杆电机的启停。
本发明的有益效果,本发明提供了一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车安装了麦克纳姆轮,将四个麦克纳姆轮分别连接上独立的蜗轮蜗杆电机,由于麦克纳姆轮在行进过程中受力方向不是向正前方,所以通过麦克纳姆轮的不同转动方向可以调节车的运动状态,实现向左右平移、转弯、灵活运动等。
附图说明
图1为实施例1一种车体变形麦克纳姆轮小车的结构示意图;
图2为实施例2铰接件的结构示意图;
图3为实施例2未设有驱动部的铰接件的剖视放大图;
图4为实施例2设有驱动部的铰接件中转动轴内部结构放大图;
图5为实施例3铰接件的剖视放大图;
图6为实施例4铰接件的剖视放大图;
图7为图6A处放大图;
图8为实施例5第二连杆的结构示意图;
图9为实施例5转动副的俯视放大图;
图10为实施例6控制器的结构框图;
图11为实施例7控制器的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明,需要说明书的是,本发明的附图的尺寸都是经过适当的缩放处理,目的是能够清楚展示所要保护的结构。
实施例1
本发明实施例1提供一种车体变形麦克纳姆轮小车,如图1所示,该小车包括车体框架1,所述车体框架1由两个第一连杆11和两个第二连杆12通过四个合页首尾铰接而成,所述第一连杆11和第二连杆12相邻设置;两个所述第二连杆12的外侧壁均设有两个麦克纳姆轮2,两侧的所述麦克纳姆轮2成手性对称,两个所述第二连杆12的内侧壁分别设有驱动所述麦克纳姆轮2运动的第一蜗轮蜗杆电机3。
本发明提供一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车安装了麦克纳姆轮,并且通过蜗轮蜗杆电机控制麦克纳姆轮的选择,由于由于麦克纳姆轮在行进过程中受力方向不是向正前方,所以通过麦克纳姆轮的不同转动方向可以调节车的运动状态,实现向左右平移、转弯、灵活运动等。
实施例2
本发明实施例2提供一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车与实施例1的基本相同,不同的是,如图2所示,四个所述铰接件均包括与所述第一连杆11固定连接的第一叶片51、与所述第二连杆12固定连接的第二叶片52及传动部,如图3所示,所述传动部包括中空的转动轴53,所述第一连杆11和第二连杆12的侧壁分别通过第一轴承54套接在所述转动轴53的上端和下端,所述第一连杆11和第二连杆12靠近所述转动轴53的侧壁均设有开口110,所述开口110内设有与所述侧壁平行的固定轴111,每一所述固定轴111上均固定套接有传动齿轮55;所述转动轴53的侧壁对称开设有开槽56,所述转动轴53内对应所述开槽56的位置设有水平放置的传动轴57,所述传动轴57的两端通过第二轴承58固定在所述转动轴53的内壁,所述传动轴57的两端面固定有伸入所述开口110内且与所述传动齿轮55啮合的锥齿轮59;如图4所示,其中一个所述铰接件上还设有驱动部,所述驱动部包括通过连接板60竖直设置在所述转动轴53内部的伺服电机61,所述伺服电机61的输出端连接有蜗杆62,所述蜗杆62上啮合有与所述蜗杆62转动方向垂直的蜗轮63,所述蜗轮63固定穿设在所述传动轴57上。
本发明进一步对铰接件进行限定,通过对铰接件进行限定可以准确地控制第一连杆和第二连杆变形后形成的角度,并且变形根据灵活。
实施例3
本发明实施例3提供一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车与实施例2的基本相同,不同的是,如图5所示,与设有驱动部的铰接件成对角线的另一铰接件上还设有锁紧部,所述锁紧部包括通过底板71竖直固定在所述转动轴53内的第一伸缩电缸72,所述第一伸缩电缸72位于所述传动轴57的下方,所述第一伸缩电缸72的输出端固定有半圆形的锁紧板73,所述锁紧板73靠近所述传动轴57的一侧面成型有锁紧齿条,所述传动轴57上与所述锁紧板73对应位置处固体套设有与所述锁紧齿条啮合的锁紧齿轮74。
本发明通过在铰接件上设置锁紧部,当小车变形后,可以用来起到锁紧变换好的小车,起到稳定变形后的小车的作用。
实施例4
本发明实施例4提供一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车与实施例3的基本相同,不同的是,如图6和图7所示,所述固定轴111上位于所述传动齿轮55的底部设有定位块81,所述定位块81上开设有容纳所述传动齿轮55的凹槽,所述转动轴53内设有两个L型支架82,每一所述L型支架82的一端与其中一个所述第一轴承54的侧壁固定,另一端伸出开槽56与所述定位块81铰接。本发明通过设置L型支架可以起到稳定锥齿轮和传动齿轮之间的啮合关系,保证第一连杆和第二连杆之间旋转变形。
实施例5
本发明实施例5提供一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车与实施例4的基本相同,不同的是,如图8所示,所述第二连杆12由第一杆部121和第二杆部122铰接而成,两个所述麦克纳姆轮2和第一蜗轮蜗杆电机3分别设置在第一杆部121和第二杆部122上;所述第一杆部121和第二杆部122的铰接处设有转动副,如图9所示,所述转动副包括设置在所述铰接处的内侧壁的第二蜗轮蜗杆电机91,所述第二蜗轮蜗杆电机91的输出轴穿过铰接处且其端部设有转动轮组,所述转动轮组包括固定套设在所述第二蜗轮蜗杆电机91的输出轴上的圆形板92,所述圆形板92远离所述铰接处的一侧面上设有一第二伸缩电缸93,所述圆形板92的边缘处设有三个支杆94,三个所述支杆94的中部开设有与所述支杆94平行的滑行槽95,每一所述滑行槽95内滑动连接有一个滑块96,三个所述滑块96上分别设有与所述支杆94垂直的支杆轴,三个所述支杆轴上固定套设有三个麦克纳姆轮;所述第二伸缩电缸93的两端分别固定有铰球座98,其中一个所述铰球座98设有一个第一铰球槽,另一个所述铰球座98设有两个第二铰球100槽,所述第一铰球槽内设有第一铰球99,每个所述第二铰球100槽内设有第二铰球100,所述第一铰球99和其中一个所述滑块96通过第一辅助杆101连接;每个所述第二铰球100通过四连杆组件分别与另外两个所述滑块96连接,所述四连杆组件包括与所述第二铰球100连接的第二辅助杆102、与第二辅助杆102铰接的第三辅助杆103和第四辅助杆104及与第三辅助杆103和第四辅助杆104铰接的第五辅助杆105,所述第三辅助杆103与所述滑块96连接。
本发明进一步将第二连杆设置成两段,目的是为了方便小车的整体变形,并且通过设置转动副可以起到缓冲和辅助麦克纳姆轮移动的作用,对小车起到整体的保护作用。
实施例6
本发明实施例6提供一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车与实施例5的基本相同,不同的是,所述第一连杆11的外侧壁还安装有摄像头,所述摄像头用于采集行进方向的路况图片;所述转动轴53的上还设有角度传感器,所述小车上设置有控制器,如图10所示,所述控制器包括:
第一控制单元31:用于分别控制四个所述第一蜗轮蜗杆电机3的启停;
接收单元32,用于接收摄像头采集的路况图片和角度传感器采集的第一叶片51和第二叶片52旋转的角度β;
第一计算模块33,用于根据接收的路况图像计算路宽;
第一比对模块34,用于将小车的宽度L与路宽L1进行比对,当L≥L1,向第一控制模块发送启动伺服电机61的指令,小车的宽度L=L2+L3,L2为车体框架1的宽度,L3为两个麦克纳姆轮2宽度和;
第二控制模块35,用于控制伺服电机61的启停;
第二计算模块36,用于根据接收的第一叶片51和第二叶片52旋转的角度实时计算车体框架1的宽度L21,并计算变形小车的宽度L0,L21=L2×tan(90-2β),L0=L21+L3;
第二比对模块37,用于将第二计算模块36计算的变形小车的宽度L0与路宽L1进行比对,当L0<L1,向第一控制模块发送停止伺服电机61的指令。
本发明进一步在小车上设置了控制器,该控制器与各电机和电缸之间电连接,通过设置控制器可能智能控制各电机和电缸的启动和停止,进而保证小车变形后角度的准确性。
实施例7
本发明实施例7提供一种车体变形麦克纳姆轮小车,该小车与实施例6的基本相同,不同的是,如图11所示,所述控制器还包括:
当第二比对模块37比对出L0<L1时,还用于向第三控制模块38发出上升的指令;
第三控制模块38,用于控制第一伸缩电缸72的上升和下降;
判断模块39,用于根据接收的路况图像,判断距离小车X米位置处是否有坡度,如果有向第四控制模块40发送伸出的指令,同时向第五控制模块41发送启动指令;
第四控制模块40,用于控制第二伸缩电缸93的伸出和缩回;
第五控制模块41,用于控制第二蜗轮蜗杆电机91的启停。
本发明通过对控制器进一步限定,可以对变形后的小车起到稳定的作用,并且可以通过启动转动副来帮助小车更容易的通过障碍物和坡度,提高小车的越障性能。
本发明不局限于上述最佳实施方式,任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品,但不论在其形状或结构上作任何变化,凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车体变形麦克纳姆轮小车,其特征在于,所述小车包括车体框架(1),所述车体框架(1)由两个第一连杆(11)和两个第二连杆(12)通过四个铰接件首尾铰接而成,所述第一连杆(11)和第二连杆(12)相邻设置;两个所述第二连杆(12)的外侧壁均设有两个麦克纳姆轮(2),两侧的所述麦克纳姆轮(2)成手性对称,两个所述第二连杆(12)的内侧壁分别设有驱动所述麦克纳姆轮(2)运动的第一蜗轮蜗杆电机(3)。
2.如权利要求1所述的车体变形麦克纳姆轮小车,其特征在于,四个所述铰接件均为合页(4)。
3.如权利要求2所述的车体变形麦克纳姆轮小车,其特征在于,四个所述铰接件均包括与所述第一连杆(11)固定连接的第一叶片(51)、与所述第二连杆(12)固定连接的第二叶片(52)及传动部,所述传动部包括中空的转动轴(53),所述第一连杆(11)和第二连杆(12)的侧壁分别通过第一轴承(54)套接在所述转动轴(53)的上端和下端,所述第一连杆(11)和第二连杆(12)靠近所述转动轴(53)的侧壁均设有开口(110),所述开口(110)内设有与所述侧壁平行的固定轴(111),每一所述固定轴(111)上均固定套接有传动齿轮(55);所述转动轴(53)的侧壁对称开设有开槽(56),所述转动轴(53)内对应所述开槽(56)的位置设有水平放置的传动轴(57),所述传动轴(57)的两端通过第二轴承(58)固定在所述转动轴(53)的内壁,所述传动轴(57)的两端面固定有伸入所述开口(110)内且与所述传动齿轮(55)啮合的锥齿轮(59);其中一个所述铰接件还设有驱动部,所述驱动部包括通过连接板(60)竖直设置在所述转动轴(53)内部的伺服电机(61),所述伺服电机(61)的输出端连接有蜗杆(62),所述蜗杆(62)上啮合有与所述蜗杆(62)转动方向垂直的蜗轮(63),所述蜗轮(63)固定穿设在所述传动轴(57)上。
4.如权利要求3所述的车体变形麦克纳姆轮小车,其特征在于,与设有驱动部的铰接件成对角线的另一铰接件上还设有锁紧部,所述锁紧部包括通过底板(71)竖直固定在所述转动轴(53)内的第一伸缩电缸(72),所述第一伸缩电缸(72)位于所述传动轴(57)的下方,所述第一伸缩电缸(72)的输出端固定有半圆形的锁紧板(73),所述锁紧板(73)靠近所述传动轴(57)的一侧面成型有锁紧齿条,所述传动轴(57)上与所述锁紧板(73)对应位置处固体套设有与所述锁紧齿条啮合的锁紧齿轮(74)。
5.如权利要求3所述的车体变形麦克纳姆轮小车,其特征在于,所述固定轴(111)上位于所述传动齿轮(55)的底部设有定位块(81),所述定位块(81)上开设有容纳所述传动齿轮(55)的凹槽,所述转动轴(53)内设有两个L型支架(82),每一所述L型支架(82)的一端与其中一个所述第一轴承(54)的侧壁固定,另一端伸出开槽(56)与所述定位块(81)铰接。
6.如权利要求1所述的车体变形麦克纳姆轮小车,其特征在于,所述第二连杆(12)由第一杆部(121)和第二杆部(122)铰接而成,两个所述麦克纳姆轮(2)和第一蜗轮蜗杆电机(3)分别设置在第一杆部(121)和第二杆部(122)上。
7.如权利要求6所述的车体变形麦克纳姆轮小车,其特征在于,所述第一杆部(121)和第二杆部(122)的铰接处设有转动副,所述转动副包括设置在所述铰接处的内侧壁的第二蜗轮蜗杆电机(91),所述第二蜗轮蜗杆电机(91)的输出轴穿过铰接处且其端部设有转动轮组,所述转动轮组包括固定套设在所述第二蜗轮蜗杆电机(91)的输出轴上的圆形板(92),所述圆形板(92)远离所述铰接处的一侧面上设有一第二伸缩电缸(93),所述圆形板(92)的边缘处设有三个支杆(94),三个所述支杆(94)的中部开设有与所述支杆(94)平行的滑行槽(95),每一所述滑行槽(95)内滑动连接有一个滑块(96),三个所述滑块(96)上分别设有与所述支杆(94)垂直的支杆轴,三个所述支杆轴上固定套设有三个麦克纳姆轮;所述第二伸缩电缸(93)的两端分别固定有铰球座(98),其中一个所述铰球座(98)设有一个第一铰球槽,另一个所述铰球座(98)设有两个第二铰球槽,所述第一铰球槽内设有第一铰球(99),每个所述第二铰球槽内设有第二铰球(100),所述第一铰球(99)和其中一个所述滑块(96)通过第一辅助杆(101)连接;每个所述第二铰球(100)通过四连杆组件分别与另外两个所述滑块(96)连接,所述四连杆组件包括与所述第二铰球(100)连接的第二辅助杆(102)、与第二辅助杆(102)铰接的第三辅助杆(103)和第四辅助杆(104)及与第三辅助杆(103)和第四辅助杆(104)铰接的第五辅助杆(105),所述第三辅助杆(103)与所述滑块(96)连接。
8.如权利要求4所述的车体变形麦克纳姆轮小车,其特征在于,所述第一连杆(11)的外侧壁还安装有摄像头,所述摄像头用于采集行进方向的路况图片;所述转动轴(53)的上还设有角度传感器,所述小车上设置有控制器,所述控制器包括:
第一控制单元(31):用于分别控制四个所述第一蜗轮蜗杆电机(3)的启停;
接收单元(32),用于接收摄像头采集的路况图片和角度传感器采集的第一叶片(51)和第二叶片(52)旋转的角度β;
第一计算模块(33),用于根据接收的路况图像计算路宽;
第一比对模块(34),用于将小车的宽度L与路宽L1进行比对,当L≥L1,向第一控制模块发送启动伺服电机(61)的指令,小车的宽度L=L2+L3,L2为车体框架(1)的宽度,L3为两个麦克纳姆轮(2)宽度和;
第二控制模块(35),用于控制伺服电机(61)的启停;
第二计算模块(36),用于根据接收的第一叶片(51)和第二叶片(52)旋转的角度实时计算车体框架(1)的宽度L21,并计算变形小车的宽度L0,L21=L2×tan(90-2β),L0=L21+L3;
第二比对模块(37),用于将第二计算模块(36)计算的变形小车的宽度L0与路宽L1进行比对,当L0<L1,向第一控制模块发送停止伺服电机(61)的指令。
9.如权利要求8所述的车体变形麦克纳姆轮小车,其特征在于,所述控制器还包括:第三控制模块(38);
当第二比对模块(37)比对出L0<L1时,还用于向第三控制模块(38)发出上升的指令;
第三控制模块(38),用于控制第一伸缩电缸(72)的上升和下降。
10.如权利要求9所述的车体变形麦克纳姆轮小车,其特征在于,所述控制器还包括:
判断模块(39),用于根据接收的路况图像,判断距离小车X米位置处是否有坡度,如果有向第四控制模块(40)发送伸出的指令,同时向第五控制模块(41)发送启动指令;
第四控制模块(40),用于控制第二伸缩电缸(93)的伸出和缩回;
第五控制模块(41),用于控制第二蜗轮蜗杆电机(91)的启停。
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