CN110854570A - 充电触头机构、充电桩以及移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充电触头机构，包括壳体、充电电极、第一弹性件及转动件，充电电极贯穿于壳体，第一弹性件安装于壳体内，一端抵持于充电电极，另一端抵持于壳体内壁，转动件固定于充电电极，并转动连接于壳体内壁，充电电极能通过第一弹性件相对壳体伸缩滑移，并能通过转动件相对壳体转动。还涉及一种充电桩以及移动机器人。充电电极在受力时能在两个方向上运动，该两个方向相叠加可使充电电极能相对于壳体多自由度运动，可给充电电极带来良好的对接缓冲作用，保证充电过程正常高效的进行，且该充电触头机构本身即具有较高的运动自由度，可多自由度微调校正，并高度集中化、模块化设置，具有高适配性，并能简化装配。

Description

充电触头机构、充电桩以及移动机器人

技术领域

本发明涉及充电设备技术领域，特别是涉及一种充电触头机构、充电桩以及移动机器人。

背景技术

移动机器人在自主充电时驶入指定区域并与充电站的充电桩进行对接，但其定位精度有限，至少具有±10mm左右的位置偏移，并且移动机器人在充电对接时也常常会出现角度上的偏差，从而导致对接成功率较低，无法高效完成自主充电动作，这样的对接过程易损坏设备，进而影响充电桩的使用成本和使用寿命。

正常充电时，充电桩触头伸缩，要求移动机器人位置停靠标准，目前可通过在充电桩本体上增加多自由度机构，从而使得充电触头机构在对接时可进行多自由度的移动，用以消除由于移动机器人的运动误差造成的与充电桩充电对接造成的影响，但其结构复杂、装配难度较高、与充电桩的适配性较差。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状提供一种结构简单合理、易于对接和装配、且具有较高适配性的充电触头机构。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状提供一种结构简单合理、易于对接和装配、且具有较高适配性的充电桩。

本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述现有技术现状提供一种结构简单合理、易于对接和装配、且具有较高适配性的移动机器人。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：提供一种充电触头机构，包括：

壳体；

充电电极，收容于所述壳体内，且所述充电电极的两端均伸出于所述壳体外；

第一弹性件，安装于所述壳体内，所述第一弹性件的一端抵持于所述充电电极，所述第一弹性件的另一端抵持于所述壳体的内壁；

转动件，固定于所述充电电极，且所述转动件转动连接于所述壳体的内壁；

所述充电电极能够通过所述第一弹性件相对壳体伸缩滑移，并能够通过所述转动件相对所述壳体转动。

在其中一个实施例中，所述充电电极转动的中心轴方向与所述充电电极的伸缩方向相垂直。

在其中一个实施例中，所述充电电极具有充电部，所述壳体上开设有供所述充电部伸出的第一通孔，所述第一通孔的内壁上还设置有供所述转动件嵌入的凹槽。

在其中一个实施例中，所述充电电极的数量设为两个，其中一个充电电极的充电部伸出于所述壳体的长度大于另一个充电电极的充电部伸出于所述壳体的长度。

在其中一个实施例中，其中一个充电电极的充电部伸出于所述壳体的长度比另一个充电电极的充电部伸出于所述壳体的长度大1mm至5mm。

在其中一个实施例中，其中一个充电电极的充电部伸出于所述壳体的长度比另一个充电电极的充电部伸出于所述壳体的长度大3mm。

在其中一个实施例中，所述充电触头机构还包括信号电极及第二弹性件，所述信号电极贯穿于所述壳体，所述第二弹性件的一端连接于所述信号电极，另一端连接于所述壳体内壁，以使所述信号电极能相对于所述壳体伸缩滑移。

在其中一个实施例中，所述信号电极具有信号部，所述信号部伸出所述壳体的长度小于所述充电电极的充电部伸出所述壳体的长度。

在其中一个实施例中，所述充电电极具有连接于所述充电部的第一电连部，所述充电部的外径大于所述第一电连部的外径，所述充电部朝向所述第一电连部的端面上设有用以对第一弹性件的一端限位的第一限位部，所述壳体内壁上相应设有用以对第一弹性件的另一端限位的第二限位部。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：提供一种充电桩，包括充电桩本体以及上述的充电触头机构。

在其中一个实施例中，所述充电桩还包括伸缩机构，所述充电桩本体上开设有充电窗口，所述充电触头机构通过所述伸缩机构连接于所述充电桩本体，且所述充电触头机构由所述伸缩机构驱动而能收容于所述充电窗口内侧或伸出于所述充电窗口外侧。

在其中一个实施例中，所述伸缩机构包括底座、连接支架以及驱动组件，所述充电触头机构固定于所述连接支架，所述底座上安装有导轨，所述连接支架连接于所述导轨并能相对于所述导轨移动；

所述驱动组件包括驱动电机以及可沿自身轴线做直线往复运动的电机轴，所述驱动电机固定于所述底座，所述电机轴固定于所述连接支架并用以驱动所述连接支架同步移动。

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：提供一种移动机器人，包括移动机器人本体以及上述的充电桩，所述移动机器人本体与所述充电桩电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

充电触头机构内的第一弹性件连接于充电电极，以使充电电极在受力时能相对于壳体伸缩滑移，并在外力撤销后带动充电电极恢复原位以供下一次充电使用。此外，充电电极在受到碰撞时，能相对于壳体转动，其转动的中心轴方向与可伸缩方向相垂直，两个方向上的运动相叠加，可使充电电极能相对于壳体多自由度运动，可给充电电极带来良好的对接缓冲作用。

一方面，该充电触头机构能在对接充电时辅助对准，有利于复杂环境下移动机器人本体的自主充电，可提高充电对接的鲁棒性，对于停靠偏差，仍能有效保证充电过程正常高效的进行；另一方面，该充电触头机构本身即具有较高的运动自由度，可多自由度微调校正，并高度集中化、模块化设置，具有高适配性，并能简化装配。

附图说明

图1为其中一个实施例提供的充电触头机构在第一视角下的结构示意图；

图2为图1所示的充电触头机构在第二视角下的结构示意图；

图3为图1所示的充电触头机构在第三视角下的结构示意图；

图4为图1所示的充电触头机构在第四视角下的结构示意图；

图5为图1所示的充电触头机构在去掉部分结构后的立体结构示意图；

图6为图1所示的充电触头机构在去掉部分结构后的立体结构示意图；

图7为图1所示的充电触头机构在去掉部分结构后的立体结构示意图；

图8为其中一个实施例提供的充电桩的立体结构示意图(收容状态)；

图9为其中一个实施例提供的充电桩在第五视角下的结构示意图(伸出状态)；

图10为图9所示的充电桩在第六视角下的结构示意图(伸出状态)；

图11为其中一个实施例提供的充电桩在去掉部分结构后的结构示意图(伸出状态)；

图12为图11的分解示意图。

附图标号：

充电触头机构-100、壳体-110、第一面板-111、第一通孔-1111、凹槽-1112、第二通孔-1113、第二面板-112、充电电极-120、充电部-121、第一电连部-122、第一弹性件-130、转动件-140、信号电极-150、信号部-151、凸缘-152、第二电连部-153、第二弹性件-160、充电桩-200、充电桩本体-210、充电窗口-211、伸缩机构-220、底座-221、导轨-2211、连接支架-222、驱动组件-223、驱动电机-2231、电机轴-2232。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“连接于”另一个组件，它可以是直接连接在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

需要理解的是，在本发明的描述中，所涉及的方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图5，本发明提供一种用以对接充电的充电触头机构100，该充电触头机构100包括壳体110、充电电极120、第一弹性件130以及转动件140。其中，充电电极120、第一弹性件130以及转动件140均收容于壳体110内，充电电极120贯穿于壳体110，第一弹性件130连接于充电电极120与壳体110内壁之间，以使充电电极120能在外力作用下相对于壳体110伸缩滑移，并在外力撤销后恢复原位。转动件140固定于充电电极120，并与壳体110内壁转动连接，以使充电电极120能相对于壳体110转动。

由于充电电极120能在外力作用下伸缩以及转动，两个方向上的运动相叠加，可使充电电极120能相对于壳体110进行多自由度运动，可给充电电极120带来良好的对接缓冲作用。

该充电触头机构100可安装于充电桩本体上，移动机器人本体通过该充电触头机构100与充电桩本体电连接，并由充电桩本体供电。由于充电触头机构100本身即具有多自由度，能够消除复杂环境下不同移动机器人本体的停靠偏差，因此充电桩本体上无需再增加复杂的多自由度设计，该充电触头机构100能够适配于多种充电桩，且能极大地简化装配。

本实施例中，壳体110大致呈箱型，并由底座和盖体两部分扣合而成，壳体110内部形成收容腔。底座和盖体之间可以采用螺接、焊接、铆接或其它常用的固定方式。可以理解，该壳体110也可以设置为一体成型。对该壳体110的具体形状和构造并不局限于附图中所呈现的结构，只要能够将多自由度调节部件收容于壳体110内并模块化设置即可。

为了便于描述和理解，本实施例将壳体110朝向充电一侧的面板定义为第一面板111，将面向充电桩一侧的面板定义为第二面板112，第一面板111和第二面板112相对布置。

请一并参阅图5至图6，充电电极120用以对移动机器人本体进行充电，该充电电极120大致呈“T”字形，并包括充电部121以及第一电连部122。其中，充电部121用以与移动机器人对接充电，第一电连部122用以与充电桩本体内部的电气设备电连接。充电部121呈现为“T”字笔画的横部，第一电连部122呈现为“T”字笔画的竖部，且充电部121的外径大于第一电连部122的外径。

充电电极120沿自身轴线方向延伸，并贯穿于壳体110的第一面板111和第二面板112。一并参阅图7，第一面板111上相应地开设有供充电部121伸出的第一通孔1111，该第一通孔1111大致呈矩形，第二面板112上开设有供第一电连部122伸出的其它相适配的孔状结构。

进一步地，为使充电电极120在对接充电时具备良好的缓冲能力以及减小充电对接时的误差影响，壳体110内安装有第一弹性件130，该第一弹性件130约束于壳体110内，其一端与充电部121相对靠近第一电连部122的端面相抵，另一端与壳体110内壁相抵，第一弹性件130作用于充电电极120并使其能相对于壳体110伸缩滑移。

为了使第一弹性件130在充电部121和壳体110内壁之间的连接更为稳固，在充电部121相对靠近第一电连部122的端面上设有用以对第一弹性件130的一端限位的第一限位部(图未示)，壳体110内壁上相应设有用以对第一弹性件130的另一端限位的第二限位部(图未示)，以防止第一弹性件130脱落。该第一限位部和第二限位部均可以为限位凹槽或限位柱。

为了使第一弹性件130在充电部121和壳体110内壁之间的连接更为稳固，第一弹性件130的数量设为两个，并分别设置于第一电连部122的两侧。

当然，该第一弹性件130还可以直接套设第一电连部122，同样可以对充电电极120起到良好的缓冲作用，此处对第一弹性件130的具体安装方式不予限制。可以理解，由于充电电极120在对接充电时受到移动机器人本体的冲撞而有很大可能会发生晃动，因此将第一弹性件130连接于充电部121与壳体110内壁之间，使得第一弹性件130不仅可以沿自身轴线方向伸缩，还可以在受力时发生微量弯曲，如此设置相对于将第一弹性件130直接套设第一电连部122的实施例，可以给充电电极120带来更大的转动角度，因而提供更大的转动自由度。

进一步，该充电电极120上还固定有转动件140，该转动件140安装并凸出于充电电极120，并转动连接于壳体110内壁，该转动件140至少部分地嵌设于壳体110的内壁。此处壳体110内壁指的是第一通孔1111的内壁，具体参阅图7，该第一通孔1111的内壁上设置有供转动件140嵌入并转动的凹槽1112。该转动件140能带动充电电极120相对于壳体110转动，转动方向为如图7所示的水平面方向，其转动的中心轴方向与充电电极120的伸缩方向相垂直。本优选实施例中，第一通孔1111的孔径大于充电部121的外径，以具有足够的间隙供充电部121在第一通孔1111内转动。

本优选实施例提供的充电触头机构100中的充电电极120具有一定的摆动间隙和较大的对接容差，从而使充电电极120在对接充电过程中具有一定的自由度，能够适配不同的接触位置及角度，使得充电更加安全、稳定和可靠。

为了使充电电极120的转动更为平稳可靠，转动件140的数量设置为两个，并分别固定于充电部121的上下两端面上。相应地，第一通孔1111的内壁相应设置有两个相对的凹槽1112。可以理解，对于该转动件140的数量并不予以限制，还也可以设置为一个或者3个以上。本实施例涉及的转动件140可以为轴承或类似于轴承的其它可转动结构。

可以理解，转动件140也可以设置为与充电电极120一体成型，此处不予赘述。

充电电极120的数量设为两个，通常为正极充电电极和负极充电电极。优选地，其中一个充电电极120的充电部121伸出于第一面板111的长度大于另一个充电电极120的充电部121伸出于第一面板111的长度。移动机器人本体在与充电电极120对接充电时，先接触较长的充电部，再接触较短的充电部，能够消除异常充电的现象，增加充电对接的可靠性。

进一步优选，其中一个充电电极120的充电部121伸出于第一面板111的长度比另一个充电电极120的充电部121伸出于第一面板111的长度大1mm至5mm。更为优选，其中一个充电电极120的充电部121伸出于第一面板111的长度比另一个充电电极120的充电部121伸出于第一面板111的长度大3mm。

作为示例，其中一个充电电极120的充电部121伸出于第一面板111的长度为30mm，另一个充电电极120的充电部121伸出于第一面板111的长度为27mm。

可以理解，两个充电电极120的充电部121伸出于第一面板111的长度也可以相等，这种情况下，移动机器人本体在与充电电极120对接充电时，需要一次性对准两个电极。

一并参阅图6，本优选实施例提供的充电触头机构100还设置有信号电极150及第二弹性件160。信号电极150贯穿于壳体110，第二弹性件160套设于信号电极150并使其在外力作用下能相对于壳体110伸缩滑移并在外力撤销后恢复原位。

信号电极150大致呈杆状，并包括信号部151及第二电连部153，信号部151用以感应各电极是否正确对接，第二电连部153用以与充电桩本体内部的电气设备电连接。相应地，第一面板111上开设有供信号部151伸出的第二通孔1113，该第二通孔1113大致呈圆形，第二面板112上开设有供第二电连部153伸出的其它相适配的孔状结构。

优选地，信号部151伸出第一面板111的长度小于充电电极120的充电部121伸出于第一面板111的长度。作为示例，信号部151伸出第一面板111的长度为24mm。如此设置，移动机器人本体在与充电电极120对接充电时，在逐步朝向充电电极120的过程中，先接触较长的充电部，再接触较短的充电部，最后接触最短的信号部并与信号部相抵，信号部在感应到各电极均已正确对接时，向充电桩本体传输反馈信号，表示移动机器人本体已经与充电触头机构100完整正确对接，可以正常充电，从而起到保护作用，消除异常充电的危险。

信号电极150的外壁上设置有用以与第二弹性件160相抵持的凸缘152。第二弹性件160的一端与凸缘152相抵持，另一端与壳体110内壁相抵持，信号电极150的伸缩方向与充电电极120的伸缩方向相同。可以理解的是，第二弹性件160也可以连接于凸缘152与壳体110内壁之间，具体的设置方式可根据电极的形状进行选择，此处不予赘述。本实施例中，第一弹性件130和第二弹性件160可以为弹簧或其它弹性元件。

信号电极150的数量设置为两个，且两个信号电极150设置于两个充电电极120之间，两个信号电极150之间的连线与两个充电电极120之间的连线相垂直。如此设置，可使充电电极120与信号电极150之间的配置更为合理可靠。

该充电触头机构100呈模块化安装于充电桩上，其本身具有一定的对接自由度，不用在充电桩上增加多自由度设计，因而具有较高的适配性。

一并参阅图8至图10，本发明其中一个实施例提供的一种充电桩200，包括充电桩本体210以及上述的充电触头机构100。

优选地，该充电桩200还设置有伸缩机构220，充电桩本体210上开设有充电窗口211，充电触头机构100通过伸缩机构220连接于充电桩本体210，且充电触头机构100由伸缩机构220驱动而能收容于充电窗口211内侧或伸出于充电窗口211外侧。

一并参阅图11和图12，本优选实施例中，伸缩机构220具体包括底座221、连接支架222以及驱动组件223，充电触头机构100固定于连接支架222，底座221上安装有导轨2211，连接支架222连接于导轨2211并能相对于导轨2211移动。

驱动组件223包括驱动电机2231以及可沿自身轴线做直线往复运动的电机轴2232，驱动电机2231固定于底座221，电机轴2232固定于连接支架222并用以驱动连接支架222同步移动。

本优选实施例中，驱动电机2231可以为推杆电机，其电机轴2232可相对于驱动电机2231进行直线运动的位移范围为100mm至180mm，优选为150mm。充电触头机构100中从第二面板112至充电电极120的充电部121最前端的距离为100mm左右。

连接支架222大致呈开口长方体状，且该连接支架222的开口朝向远离充电触头机构100的方向，并能将至少部分电机轴2232收容于内。

充电桩200处于非工作状态时，电机轴2232处于收缩状态，充电触头机构100收容于充电窗口211内侧，以保护充电触头机构100的充电部121免受不必要的碰撞；充电桩200处于工作状态时，移动机器人本体移动至充电桩200前侧，与第一面板111相对，电机轴2232由驱动电机2231驱动前移并处于伸张状态，同时将连接支架222和充电触头机构100向前推出至充电窗口211外侧。

本发明其中一个实施例还提供一种移动机器人(图未示)，包括移动机器人本体以及上述的充电桩200，移动机器人本体与充电桩200可选择地电连接。

优选地，移动机器人本体可以为AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)，具有载重量大、节省人力、高效、出错率低、便于管理等优点，通常，AGV在完成工作后将执行回家程序，使工作范围内所有AGV集中移动到预定充电桩处以进行自主充电。

本发明提供的充电触头机构、充电桩以及移动机器人，充电触头机构内的第一弹性件连接于充电电极，以使充电电极在受力时能相对于壳体伸缩滑移，并在外力撤销后带动充电电极恢复原位以供下一次充电使用。此外，充电电极在受到碰撞时，能相对于壳体转动，其转动的中心轴方向与可伸缩方向相垂直，两个方向上的运动叠加可使充电电极能相对于壳体多自由度运动，可给充电电极带来良好的对接缓冲作用。

一方面，该充电触头机构能在对接充电时辅助对准，有利于复杂环境下移动机器人本体的自主充电，可提高充电对接的鲁棒性，对于停靠偏差，仍能有效保证充电过程正常高效的进行；另一方面，该充电触头机构本身即具有较高的运动自由度，可多自由度微调校正，并高度集中化、模块化设置，具有高适配性，并能简化装配。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种充电触头机构(100)，其特征在于，包括：

壳体(110)；

充电电极(120)，收容于所述壳体(110)内，且所述充电电极(120)的两端均伸出于所述壳体(110)外；

第一弹性件(130)，安装于所述壳体(110)内，所述第一弹性件(130)的一端抵持于所述充电电极(120)，所述第一弹性件(130)的另一端抵持于所述壳体(110)的内壁；

转动件(140)，固定于所述充电电极(120)，且所述转动件(140)转动连接于所述壳体(110)的内壁；

所述充电电极(120)能够通过所述第一弹性件(130)相对壳体(110)伸缩滑移，并能够通过所述转动件(140)相对所述壳体(110)转动。

2.根据权利要求1所述的充电触头机构(100)，其特征在于，所述充电电极(120)转动的中心轴方向与所述充电电极(120)的伸缩方向相垂直。

3.根据权利要求1所述的充电触头机构(100)，其特征在于，所述充电电极(120)具有充电部(121)，所述壳体(110)上开设有供所述充电部(121)伸出的第一通孔(1111)，所述第一通孔(1111)的内壁上还设置有供所述转动件(140)嵌入的凹槽(1112)。

4.根据权利要求3所述的充电触头机构(100)，其特征在于，所述充电电极(120)的数量设为两个，其中一个充电电极(120)的充电部(121)伸出于所述壳体(110)的长度大于另一个充电电极(120)的充电部(121)伸出于所述壳体(110)的长度。

5.根据权利要求4所述的充电触头机构(100)，其特征在于，所述充电触头机构(100)还包括信号电极(150)及第二弹性件(160)，所述信号电极(150)贯穿于所述壳体(110)，所述第二弹性件(160)的一端连接于所述信号电极(150)，另一端连接于所述壳体(110)内壁，以使所述信号电极(150)能相对于所述壳体(110)伸缩滑移。

6.根据权利要求5所述的充电触头机构(100)，其特征在于，所述信号电极(150)具有信号部(151)，所述信号部(151)伸出所述壳体(110)的长度小于所述充电电极(120)的充电部(121)伸出所述壳体(110)的长度。

7.根据权利要求1所述的充电触头机构(100)，其特征在于，所述充电电极(120)具有连接于所述充电部(121)的第一电连部(122)，所述充电部(121)的外径大于所述第一电连部(122)的外径，所述充电部(121)朝向所述第一电连部(122)的端面上设有用以对第一弹性件(130)的一端限位的第一限位部，所述壳体(110)内壁上相应设有用以对第一弹性件(130)的另一端限位的第二限位部。

8.一种充电桩(200)，其特征在于，包括充电桩本体(210)以及如权利要求1～7任一项所述的充电触头机构(100)。

9.根据权利要求8所述的充电桩(200)，其特征在于，所述充电桩(200)还包括伸缩机构(220)，所述充电桩本体(210)上开设有充电窗口(211)，所述充电触头机构(100)通过所述伸缩机构(220)连接于所述充电桩本体(210)，且所述充电触头机构(100)由所述伸缩机构(220)驱动而能收容于所述充电窗口(211)内侧或伸出于所述充电窗口(211)外侧。

10.一种移动机器人，其特征在于，包括移动机器人本体以及如权利要求8或9所述的充电桩(200)，所述移动机器人本体与所述充电桩(200)电连接。

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