CN110733018B - 用于电力作业机器人的对接式上下线机构及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电力作业机器人的对接式上下线机构及其应用方法，本发明对接式上下线机构的行走机构单元包括承重杆，承重杆上设有至少两根支撑架，支撑架的上部设有行走轮，承重杆的下部设有用于和电力作业机器人对接的传动机构，传动机构与行走轮驱动连接，承重杆上设有至少两组定滑轮，定滑轮上设有用于上下线电力作业机器人的绝缘绳。本实施例适用于各种不同的工作环境、不同类型的电力作业机器人的上下线工作，可应用于不同类型电力作业机器人的上下线工作领域，有效地减少了工作人员的作业强度，显著地降低了了电力作业机器人上下线难度，明显提高了输电线路巡视工作的自动化水平，具有较高的推广应用价值。

Description

用于电力作业机器人的对接式上下线机构及其应用方法

技术领域

本发明涉及各不同电压等级、各种类型的电力作业机器人的快速上下线设备，具体涉及一种用于电力作业机器人的对接式上下线机构及其应用方法。

背景技术

高压输电线路暴露在外，长期受到暴雨、风雪、曝晒、雷击等外部环境的侵害后，极易出现导线断股、绝缘子污损、金具破损、螺栓松动等现象，若不及时发现并维护，会威胁到输电线路的输电稳定性，造成区域性断电，带来巨大的经济损失。为了保障电力系统的稳定运行，减小线路检修作业人员工作劳动强度，应智能化电网时代需求，近年来输电线路机器人的研究工作成为电气领域的焦点。但是传统的输电线路机器人上下线方式严重影响了其作业效率，而且存在人身安全问题，输电线路机器人如何自主安全高效地完成上下线作业成了输电线路机器人研究领域一个亟待解决的问题。所谓的输电线路机器人上下线作业是指：通过起重装置或者人力将输电线路机器人由地面起吊至输电导线附近，并根据其工作位置将它安装在输电导线上；或将已作业完毕的输电线路机器人从输电导线上卸下，并安全下降至地面。从目前研究现状来看主要有以下两种方法：（1）通过起重装置将输电线路机器人起吊至杆塔塔头附近的输电导线处，再依靠预先登上杆塔的作业人员调整机器人姿态并将机器人机械臂挂载至导线上；（2）利用云梯车将机器人和工作人员一起送达预定位置，再由工作人员手动完成输电线路机器人上线作业。以上两种方法的下线过程与上线过程恰好相反，都需要大量的人力辅助，并且存在工作人员工作强度大、受复杂地理环境限制等问题，并且还需要预先对输电线路断电才能进行操作，不能满足智能带电作业需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种用于电力作业机器人的对接式上下线机构及其应用方法，本发明能够实现电力作业机器人快速上下线功能，能够保证相关工作人员的人身安全，简化电力作业机器人上下线流程，提高电力作业机器人的上下线效率，具有结构简单、操作方便的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于电力作业机器人的对接式上下线机构，包括行走机构单元，所述行走机构单元包括承重杆，所述承重杆上设有至少两根支撑架，所述支撑架的上部设有行走轮，所述承重杆的下部设有用于和电力作业机器人对接的传动机构，所述传动机构与行走轮驱动连接，所述承重杆上设有至少两组定滑轮，所述定滑轮上设有用于上下线电力作业机器人的绝缘绳。

可选地，所述行走轮的行走面上设有凹槽，且凹槽的深度大于电缆的直径。

可选地，所述至少两根支撑架均设于承重杆的同一侧。

可选地，所述传动机构包括传动杆、对接盘、联轴器、蜗杆以及涡轮，所述对接盘通过第一轴承端部带有用于和电力作业机器人对接的销轴或者销孔，所述对接盘通过传动杆、联轴器和蜗杆相连，所述蜗杆的端部通过轴承安装在支撑架上，所述蜗杆以及涡轮相互啮合，且涡轮套设固定在行走轮的轮轴上。

可选地，所述支撑架包括相互连接的连接杆和固定盒，所述固定盒通过连接杆与承重杆相连，所述传动杆和联轴器插设于连接杆的内腔中，所述蜗杆、涡轮以及轴承安装在固定盒内，所述行走轮的轮轴通过轴承安装在固定盒上。

可选地，所述承重杆上设有多个用于和电力作业机器人对接定位的定位槽。

可选地，还包括电力作业机器人，所述电力作业机器人的壳体内部设有用于驱动传动机构的驱动电机，所述驱动电机的输出轴与传动机构插接连接。

可选地，所述壳体上位于每一个定滑轮对应位置的一侧设有通孔、另一侧设有通孔或者用于固定绝缘绳的固定环，所述绝缘绳的贯穿布置通孔中。

可选地，所述壳体的顶部设有至少两组夹爪组件，在行走机构单元和电力作业机器人对接状态下所述夹爪组件闭合将承重杆夹持固定于各组夹爪组件之间。

本发明提供一种前述的用于电力作业机器人的对接式上下线机构的应用方法，包括电力作业机器人上线和电力作业机器人下线的步骤；

其中，电力作业机器人上线的步骤包括：

A1）利用无人机搭载行走机构单元，使得线缆卡入行走机构单元的行走轮中，完成行走机构单元的上线；

A2）利用人力或者机械力通过定滑轮及其绝缘绳将电力作业机器人沿着绝缘绳拉升，直至电力作业机器人和行走机构单元的传动机构对接好且连接紧密，使得电力作业机器人达到预上线状态；

A3）通过无人机和/或电力作业机器人的摄像头回传的图像确认传动机构的连接状态，在确认传动机构对接良好的情况下控制夹爪组件闭合将承重杆夹持固定于各组夹爪组件之间，完成电力作业机器人和行走机构单元的对接工作；

A4）通过电力作业机器人的驱动电机驱动行走机构单元的行走轮沿着线缆运动，如果行走轮能够正常运动，则判定电力作业机器人上线成功；否则，控制夹爪组件打开解除电力作业机器人和行走机构单元的对接状态，利用人力或者机械力通过定滑轮及其绝缘绳调节电力作业机器人的位置，跳转执行步骤A3）；

其中，电力作业机器人下线的步骤包括：

B1）利用人力或者机械力使得绝缘绳处于绷紧状态；

B2）控制夹爪组件打开解除电力作业机器人和行走机构单元的对接状态；

B3）缓慢锁小绷紧绝缘绳的力使得电力作业机器人和行走机构单元进行分离以达到电力作业机器人的预下线状态；

B4）利用人力或者机械力通过定滑轮及其绝缘绳将电力作业机器人沿着绝缘绳下降，完成电力作业机器人的下线工作；

B5）利用无人机搭载行走机构单元下降，完成行走机构单元的下线工作。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：

1、本发明的对接式上下线机构具有很强的适应性，适用于各种不同电压等级、不同类型的轮式悬挂电力作业机器人的上下线工作。

2、本发明的对接式上下线机构具有更简单的机械结构，只需要在设计最初的时候使用本上下线机构设计，就可以不需要额外设计上下线装置，并且能实现电力作业机器人快速高效的上下线的目的。

3、本发明的对接式上下线机构整体结构轻便，可方便的使用无人机搭载进行上下线。

4、本发明的对接式上下线机构能够实现在同一设计前提下的不同电力作业机器人可以使用同一种行走机构进行上下线。在检修工作中，若是中途需要更换不同种类的电力作业机器人进行工作，则只需要对机器人本体进行下线工作，然后可以替换其他的不同种类的机器人上线，提高检修工作的高效性，节省人力物力。

5、本发明的对接式上下线机构整体结构设计简单、适应性强、上下线效率高、操作便捷、精准可靠、能够广泛应用于各不同类型的电力作业机器人的上下线工作当中，显著的提高了输电线路安全运行的可靠性，具有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例的主视结构示意图。

图2为本发明实施例的侧视结构示意图（夹爪组件打开）。

图3为本发明实施例的侧视结构示意图（夹爪组件扣紧）。

图4为本发明实施例中的传动机构结构示意图。

图5为本发明实施例方法的上线工作流程图。

图6为本发明实施例中无人机搭载行走机构部分上线状态的示意图。

图7为本发明实施例中电力作业机器人预上线状态的示意图。

图8为本发明实施例中完成对接工作实现电力作业机器人上线工作的示意图。

图例说明：1、承重杆；11、定位槽；2、支撑架；21、连接杆；22、固定盒；3、行走轮；31、凹槽；4、传动机构；41、传动杆；42、对接盘；43、联轴器；44、蜗杆；45、涡轮；46、轴承；5、定滑轮；51、绝缘绳；6、壳体；61、驱动电机；62、通孔；63、夹爪组件。

具体实施方式

下文将以110KV线路的线缆为例，对本发明用于电力作业机器人的对接式上下线机构及其应用方法进行进一步的详细说明。

如图1、图2和图3所示，本实施例用于电力作业机器人的对接式上下线机构包括行走机构单元，行走机构单元包括承重杆1，承重杆1上设有至少两根支撑架2，支撑架2的上部设有行走轮3，承重杆1的下部设有用于和电力作业机器人对接的传动机构4，传动机构4与行走轮3驱动连接，承重杆1上设有至少两组定滑轮5，定滑轮5上设有用于上下线电力作业机器人的绝缘绳51。本实施例用于电力作业机器人的对接式上下线机构通过传动机构4和电力作业机器人对接来驱动行走轮3行走，本实施例结构简单，不需要额外设计装置就可以完成电力作业机器人的上下线工作；由于是使用单侧行走轮的设计，所以也不需要使用平时使用最多、难度系数较高的左右交互式上下线方法，可以大大的减少人力和物力的消耗，且更有利于提高输电线路作业的自动化水平，可适用于各不同电压等级、不同类型的电力作业机器人的上下线工作。

如图1、图2和图3所示，作为一个可选的实施方式，本实施例中行走轮3的行走面上设有凹槽31，且凹槽31的深度大于电缆的直径，能使电力作业机器人跟线缆的贴合更紧密，提高机构的可靠性。

如图1、图2和图3所示，作为一个可选的实施方式，本实施例中至少两根支撑架2均设于承重杆1的同一侧，由于行走机构单元是单侧上线结构，所以考虑到线路摆动和摇晃的因素，行走轮与线缆贴合的凹槽需要比常见的电力作业机器人更深一些，并且行走轮内侧呈阶梯状，要紧密贴合线缆尺寸，才能保障机器人在完成上线后工作的可靠性。行走机构单元是单侧上线结构，该设计可以更方便地使用无人机搭载去进行上下线工作，而不需要使用平时使用最多、难度系数较高的左右交互式上下线方法，可以大大的减少人力和物力的消耗，且更有利于提高输电线路作业的自动化水平。

如图4所示，作为一个可选的实施方式，本实施例中传动机构4包括传动杆41、对接盘42、联轴器43、蜗杆44以及涡轮45，对接盘42端部带有用于和电力作业机器人对接的销轴或者销孔，对接盘42通过传动杆41、联轴器43和蜗杆44相连，蜗杆44的端部通过轴承46安装在支撑架2上，蜗杆44以及涡轮45相互啮合，且涡轮45套设固定在行走轮3的轮轴上。本实施例中传动机构4在使用上下对接式结构设计的前提下，使用蜗轮蜗杆机构进行传动，把行走机构的电源和电机都设计在机器人本体当中，大大减少了行走机构的质量，更易于进行无人机搭载行走机构的上下线工作；并且蜗轮蜗杆机构相对于皮带传动体积更小，传动机构之间的啮合程度也更好，能够做到资源的最大化利用；蜗轮蜗杆的自锁性特点也能提高整个上下线机构的可靠性。传动机构4的工作原理如下：电力作业机器人的壳体6内部设有用于驱动传动机构4的驱动电机61，驱动电机61的输出轴与对接盘42插接连接，因此可带动对接盘42转动，对接盘42则带动传动杆41、联轴器43、蜗杆44一起转动，由于蜗杆44以及涡轮45相互啮合，因此可将驱动电机61的输出轴的转动转换方向带动行走轮3的轮轴转动，从而能够在线缆上实现行走，达到驱动行走轮3运动的目的。

如图1、图2和图3所示，作为一个可选的实施方式，本实施例中支撑架2包括相互连接的连接杆21和固定盒22，固定盒22通过连接杆21与承重杆1相连，传动杆41和联轴器43插设于连接杆21的内腔中，蜗杆44、涡轮45以及轴承46安装在固定盒22内，行走轮3的轮轴通过轴承安装在固定盒22上。连接杆21也起到连接行走轮3和承重杆1的功能，使得结构牢固可靠。为了使行走机构更加轻便易于使用无人机搭载上下线，本实施例上下线机构的电机和电源都选择设计在电力作业机器人当中，然后由于皮带传动空间需求太大，而且不好实现啮合，所以选择蜗轮蜗杆机构来驱使行走轮3运动。

参见图7，作为一个可选的实施方式，本实施例中承重杆1上设有多个用于和电力作业机器人对接定位的定位槽11。

如图1、图2和图3所示，作为一个可选的实施方式，本实施例还包括电力作业机器人，电力作业机器人的壳体6内部设有用于驱动传动机构4的驱动电机61，驱动电机61的输出轴与传动机构4插接连接。需要说明的是，本实施例用于电力作业机器人的对接式上下线机构由行走机构部分和电力作业机器人两个部分构成，但是电力作业机器人可以是集成部件，也可以是独立于对接式上下线机构以外的设备部件。电力作业机器人用于实现各种电力作业，本实施例中仅仅需要对传统电力作业机器人进行部分改造，使其能够适用于前述行走机构单元，以便通过对接驱动传动机构4。

如图1、图2和图3所示，作为一个可选的实施方式，本实施例中壳体6上位于每一个定滑轮5对应位置的一侧设有通孔62、另一侧设有通孔62或者用于固定绝缘绳51的固定环，绝缘绳51的贯穿布置通孔62中。

如图1、图2和图3所示，作为一个可选的实施方式，本实施例中壳体6的顶部设有至少两组夹爪组件63，在行走机构单元和电力作业机器人对接状态下夹爪组件63闭合将承重杆1夹持固定于各组夹爪组件63之间。由图1可知，本实施例中的行走机构部分、电力作业机器人在完成对接工作之前，是通过两组定滑轮5及其绝缘绳51来实现两个部分之间的连接的。由图2和图3可知，本实施例中夹爪组件63包括夹爪底座和夹爪，通过三个夹爪组件63的夹爪底座来驱使夹爪夹紧承重杆1来进行行走机构部分和电力作业机器人的对接工作，在进行对接工作之前，需先利用无人机或/或电力作业机器人上所搭载的摄像头进行实时监测，确保两组传动机构4紧密连接后再控制夹爪进行对接工作。其中两组传动机构4共同构成上下线机构的传动机构，且两组传动机构4的结构组成完全一致。

为了提高夹爪组件63的可靠性，本实施例中还进一步在夹爪组件63上设有锁紧机构，用于在夹紧承重杆1之后将夹爪组件63锁紧以防止松动。

综上所述，本实施例用于电力作业机器人的对接式上下线机构用一根承重杆1来连接机构的上下两个部分，并且通过夹爪组件63和传动机构4来实现对上下两个部分的紧密连接，然后利用电力作业机器人本体搭载的电源和电机通过传动机构4来对行走轮3进行驱动，整体结构更为简单、效率更为快捷。本实施例采用上下两部分对接的设计、实现对接可靠性和便捷性的机械结构：行走机构单元依靠一根承重杆1进行设计，此承重杆1是连接本上下线机构的关键部分。承重杆1的两侧连接着支撑架2和用于拉伸绝缘绳51的定滑轮5；电力作业机器人朝上部分设计有三个夹爪63，每个夹爪63都设有锁紧机构，在进行对接时先保证传动机构连接成功后夹爪锁紧承重杆1，以完成行走机构单元和电力作业机器人部分的可靠对接。本实施例用于电力作业机器人的对接式上下线机构可以适用于各种不同的工作环境、不同类型的电力作业机器人的上下线工作。该上下线机构主要应用于不同类型电力作业机器人的上下线工作领域，有效地减少了工作人员的作业强度，显著地降低了了电力作业机器人上下线难度，明显提高了输电线路巡视工作的自动化水平，具有较高的推广应用价值。

本实施例提供一种前述的用于电力作业机器人的对接式上下线机构的应用方法，包括电力作业机器人上线和电力作业机器人下线的步骤；

其中，如图5所示，电力作业机器人上线的步骤包括：

A1）利用无人机搭载行走机构单元，使得线缆卡入行走机构单元的行走轮3中，完成行走机构单元的上线；如图6所示，行走机构单元整体没有明显的偏移则视为行走机构部分上线成功；

A2）利用人力或者机械力通过定滑轮5及其绝缘绳51将电力作业机器人沿着绝缘绳51拉升，直至电力作业机器人和行走机构单元的传动机构4对接好且连接紧密，使得电力作业机器人达到预上线状态；如图7所示，三组夹爪组件63与承重杆1之间已经贴合之后即可视为电力作业机器人已达到预上线状态；

A3）通过无人机和/或电力作业机器人的摄像头回传的图像确认传动机构4的连接状态，在确认传动机构4对接良好的情况下控制夹爪组件63闭合将承重杆1夹持固定于各组夹爪组件63之间，完成电力作业机器人和行走机构单元的对接工作；如图8所示；

A4）通过电力作业机器人的驱动电机61驱动行走机构单元的行走轮3沿着线缆运动，如果行走轮3能够正常运动，则判定电力作业机器人上线成功；否则，控制夹爪组件63打开解除电力作业机器人和行走机构单元的对接状态，利用人力或者机械力通过定滑轮5及其绝缘绳51调节电力作业机器人的位置（例如往下移一点距离），跳转执行步骤A3）。

电力作业机器人上线后即可完成对应的作业任务，当电力作业机器人完成作业任务后，就需要实施电力作业机器人下线工作。其中，电力作业机器人下线的步骤包括：

B1）利用人力或者机械力使得绝缘绳51处于绷紧状态；

B2）控制夹爪组件63打开解除电力作业机器人和行走机构单元的对接状态；

B3）缓慢锁小绷紧绝缘绳51的力使得电力作业机器人和行走机构单元进行分离以达到电力作业机器人的预下线状态；

B4）利用人力或者机械力通过定滑轮5及其绝缘绳51将电力作业机器人沿着绝缘绳51下降，完成电力作业机器人的下线工作；

B5）利用无人机搭载行走机构单元下降，完成行走机构单元的下线工作。

若是在完成一种电力作业机器人的上下线工作后仍需要使用另一种类型的电力作业机器人进行线上作业时，则在前一类型电力作业机器人下线时，取消用无人机搭载行走机构部分的下线工作，直接从上线作业的用无人机搭载行走机构部分上线成功后的步骤进行。

本实施例用于电力作业机器人的对接式上下线机构具有结构简单、效率高的机械结构，把机器人分为上下两部分上下线，主要包括行走机构单元和电力作业机器人部分。使得本实施例用于电力作业机器人的对接式上下线机构的应用方法上线时行走部分先用无人机搭载上线，然后通过绝缘绳拉升电力作业机器人部分跟行走机构进行对接，下线时电力作业机器人部分先下线，再使用无人机搭载行走机构单元下线，以达成机器人整体上下线的目的。此上下线机构配合不同类型机器人使用就可以实现不同类型机器人的上下线功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于电力作业机器人的对接式上下线机构，其特征在于：包括行走机构单元，所述行走机构单元包括承重杆（1），所述承重杆（1）上设有至少两根支撑架（2），所述支撑架（2）的上部设有行走轮（3），所述承重杆（1）的下部设有用于和电力作业机器人对接的传动机构（4），所述传动机构（4）与行走轮（3）驱动连接，所述承重杆（1）上设有至少两组定滑轮（5），所述定滑轮（5）上设有用于上下线电力作业机器人的绝缘绳（51），所述传动机构（4）包括传动杆（41）、对接盘（42）、联轴器（43）、蜗杆（44）以及涡轮（45），所述对接盘（42）端部带有用于和电力作业机器人对接的销轴或者销孔，所述对接盘（42）通过传动杆（41）、联轴器（43）和蜗杆（44）相连，所述蜗杆（44）的端部通过轴承（46）安装在支撑架（2）上，所述蜗杆（44）以及涡轮（45）相互啮合，且涡轮（45）套设固定在行走轮（3）的轮轴上。

2.根据权利要求1所述的用于电力作业机器人的对接式上下线机构，其特征在于：所述行走轮（3）的行走面上设有凹槽（31），且凹槽（31）的深度大于电缆的直径。

3.根据权利要求1所述的用于电力作业机器人的对接式上下线机构，其特征在于：所述至少两根支撑架（2）均设于承重杆（1）的同一侧。

4.根据权利要求1所述的用于电力作业机器人的对接式上下线机构，其特征在于：所述支撑架（2）包括相互连接的连接杆（21）和固定盒（22），所述固定盒（22）通过连接杆（21）与承重杆（1）相连，所述传动杆（41）和联轴器（43）插设于连接杆（21）的内腔中，所述蜗杆（44）、涡轮（45）以及轴承（46）安装在固定盒（22）内，所述行走轮（3）的轮轴通过轴承安装在固定盒（22）上。

5.根据权利要求1所述的用于电力作业机器人的对接式上下线机构，其特征在于：所述承重杆（1）上设有多个用于和电力作业机器人对接定位的定位槽（11）。

6.根据权利要求1所述的用于电力作业机器人的对接式上下线机构，其特征在于：还包括电力作业机器人，所述电力作业机器人的壳体（6）内部设有用于驱动传动机构（4）的驱动电机（61），所述驱动电机（61）的输出轴与传动机构（4）插接连接。

7.根据权利要求6所述的用于电力作业机器人的对接式上下线机构，其特征在于：所述壳体（6）上位于每一个定滑轮（5）对应位置的一侧设有通孔（62）、另一侧设有通孔（62）或者用于固定绝缘绳（51）的固定环，所述绝缘绳（51）的贯穿布置通孔（62）中。

8.根据权利要求6所述的用于电力作业机器人的对接式上下线机构，其特征在于：所述壳体（6）的顶部设有至少两组夹爪组件（63），在行走机构单元和电力作业机器人对接状态下所述夹爪组件（63）闭合将承重杆（1）夹持固定于各组夹爪组件（63）之间。

9.一种权利要求8所述的用于电力作业机器人的对接式上下线机构的应用方法，其特征在于，包括电力作业机器人上线和电力作业机器人下线的步骤；

其中，电力作业机器人上线的步骤包括：

A1）利用无人机搭载行走机构单元，使得线缆卡入行走机构单元的行走轮（3）中，完成行走机构单元的上线；

A2）利用人力或者机械力通过定滑轮（5）及其绝缘绳（51）将电力作业机器人沿着绝缘绳（51）拉升，直至电力作业机器人和行走机构单元的传动机构（4）对接好且连接紧密，使得电力作业机器人达到预上线状态；

A3）通过无人机和/或电力作业机器人的摄像头回传的图像确认传动机构（4）的连接状态，在确认传动机构（4）对接良好的情况下控制夹爪组件（63）闭合将承重杆（1）夹持固定于各组夹爪组件（63）之间，完成电力作业机器人和行走机构单元的对接工作；

A4）通过电力作业机器人的驱动电机（61）驱动行走机构单元的行走轮（3）沿着线缆运动，如果行走轮（3）能够正常运动，则判定电力作业机器人上线成功；否则，控制夹爪组件（63）打开解除电力作业机器人和行走机构单元的对接状态，利用人力或者机械力通过定滑轮（5）及其绝缘绳（51）调节电力作业机器人的位置，跳转执行步骤A3）；

其中，电力作业机器人下线的步骤包括：

B1）利用人力或者机械力使得绝缘绳（51）处于绷紧状态；

B2）控制夹爪组件（63）打开解除电力作业机器人和行走机构单元的对接状态；

B3）缓慢锁小绷紧绝缘绳（51）的力使得电力作业机器人和行走机构单元进行分离以达到电力作业机器人的预下线状态；

B4）利用人力或者机械力通过定滑轮（5）及其绝缘绳（51）将电力作业机器人沿着绝缘绳（51）下降，完成电力作业机器人的下线工作；

B5）利用无人机搭载行走机构单元下降，完成行走机构单元的下线工作。

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