CN110977995B - 一种地下电缆隧道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种地下电缆隧道巡检机器人，涉及机械巡检领域，包括车体下壳，所述车体下壳内部前端对称设置有两个前轴电机，所述前轴电机的输出端均连接有前轴，所述前轴的一端均可转动的穿过所述车体下壳的外壁，且与三角形履带轮连接；所述车体下壳前端的外部设有关节抓取端，所述车体下壳的后端外部设有关节被抓取端，所述车体下壳的前后两端外部均设有红外测距传感器；所述车体下壳的后端两侧对称设有轮子，两个所述轮子通过后轴与所述车体下壳转动连接；所述车体下壳的上端设有用于包裹壳体的上盖。该机器人尺寸较小，适合狭小区域；能够多模块协作工作，保证巡检工作有效持续进行；功能齐全，可独自实现巡检工作，提高了巡检速度和巡检的适应性。

Description

一种地下电缆隧道巡检机器人

技术领域

本发明涉及机械巡检领域，具体为一种地下电缆隧道巡检机器人。

背景技术

随着城镇化进程的加速，电缆入地是城市规划的必然选择，电缆入地可有效增强城市电网的可靠性，提升线路的传输能力，同时有利于消灭城市空中蜘蛛网，美化环境，提高土地的利用价值。从城市建设的持久性、输电线路架设方便性、可靠性考虑，地下综合管廊和电缆隧/管道将成为城市输电的首选。电缆虽然入地了，但安全隐患和外力侵害依然存在，而且变得更为隐蔽，一些隐患很难及时察觉，一旦发生故障，检修的难度比起线路抢修，所耗费的人力、物力和财力成倍数增长。因此，应用机器人开展电缆隧道巡检作业势在必行。

近年来，移动巡检机器人广泛应用于电力、军事和一些民用领域，并且其行进方式、越障机构、信息传输等研究内容都较为成熟。但是对于电缆隧道等细小管廊的巡检区域，传统意义上的单机巡检模式已经不能满足实际应用需求。目前投入使用的电缆隧道巡检机器人还存在自主移动系统缺乏创新性，整体巡检机构庞大，越障结构复杂，环境适应能力较差等问题。未来电缆隧道巡检机器人的相关研究应该走模块化，微型化等方向，运用传感器分布式搭载和信息融合技术，无线通讯导航技术，实现巡检设备“多机协作”的新模式。

随着城市电缆入地化进程的推进，越来越多的地下电缆隧道逐步建成并投入使用。与地表的巡检环境相比，地下的电缆隧道环境属于非结构化环境：复杂的地形、潮湿的环境以及昆虫啃噬，漏水塌方等若干不可控因素将会为电缆的后期维护巡检工作带来诸多困难。从目前投入使用的电缆隧道巡检机器人来看，大多数采用单机巡检模式进行运营维护工作。单机巡检模式弊端诸多，如：首先，由于在整个巡检线路中，只存在一个巡检设备，其设备续航能力将面临巨大考验；其次，由于电缆隧道中环境复杂，若唯一的巡检设备受困于深沟等复杂的区域，将会无法继续后续的巡检工作；最后，由于电缆隧道空间狭小，单一的巡检设备由于其结构庞大，无法进入到空间较为狭小的工作区域，进而会产生巡检盲区。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种地下电缆隧道巡检机器人，该机器人尺寸较小，适合狭小区域；能够多模块协作工作，保证巡检工作有效持续进行；功能齐全，可独自实现巡检工作，提高了巡检速度和巡检的适应性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种地下电缆隧道巡检机器人，包括车体下壳，所述车体下壳内部前端对称设置有两个前轴电机，所述前轴电机的输出端均连接有前轴，所述前轴的一端均可转动的穿过所述车体下壳的外壁，且与三角形履带轮连接；所述车体下壳前端的外部设有关节抓取端，所述车体下壳的后端外部设有关节被抓取端，所述车体下壳的前后两端外部均设有红外测距传感器；所述车体下壳的后端两侧对称设有轮子，两个所述轮子通过后轴与所述车体下壳转动连接；所述车体下壳的上端设有用于包裹壳体的上盖。

通过采用上述技术方案，该巡检机器人的车体下壳承载了整个机器人的大部分动力装置，给该机器人提供了动力的平台和支撑整个机器人；两个三角形履带轮分别用两个前轴电机控制，一方面三角形履带轮可以提高工作环境的适应性，另一方面前轴电机分别控制三角形履带轮，互不影响两个三角形履带轮的转动，保证巡检工作的有效进行；该机器人设有的关节抓取端和关节被抓取端可以把机器人连接在一起，能够实现机器人的单检和多检的功能，功能齐全，提高了巡检速度和巡检的适应性；红外测距传感器用于检测到关节抓取端和关节被抓取端的相对位置达到目标值，将信号传送到控制主板，控制系统发送指令，触发连接关节电磁装置，完成多个巡检机器人的结合。

优选地，所述三角形履带轮包括呈三角形设置的挡板壳和三个履带车轮，所述挡板壳与所述前轴通过轴承转动连接，三个所述履带车轮转动的设置挡板壳内的三角，三个所述履带车轮通过履带沿着挡板壳的三边传动连接；所述挡板壳内的轴心设有可在挡板壳内转动的同步带轮，所述同步带轮通过同步带与三个所述履带车轮的其中一个传动连接，所述同步带轮与所述前轴连接；所述挡板壳的每一边均设置有避震轮，三个所述避震轮均设置在所述挡板壳内，且分别与所述履带滚动接触，三个所述避震轮均铰接有第一活动杆和第二活动杆，且呈V型设置，所述第一活动杆和第二活动杆的另一端分别连接在一弹簧上，所述弹簧的两端固定在挡板壳上。

通过采用上述技术方案，三角形履带轮的挡板壳给三角形履带轮提供一个活动的支架，防止机器人在巡检的时候，三角形履带轮与外界发生摩擦和碰撞并且防止异物进入挡板壳，卡死或者损坏三角形履带轮；同步带轮通过前轴的转动以此来带动其中的一个履带车轮转动，从而来带动通过履带传动连接的另外两个转动，驱动履带带动巡检机器人前进；避震轮与履带滚动接触，一方面可以减少三角形履带轮转动的摩擦，另一方面，避震轮铰接有呈V型设置的第一活动杆和第二活动杆，且第一活动杆和第二活动杆的另一端与固定在弹簧两端，目的在履带转动的时候，履带给第一活动杆和第二活动杆一个压缩力，让第一活动杆和第二活动杆在弹簧的作用下可以活动并且复位，一伸一缩，达到减震的效果，减少三角形履带轮的损坏。

优选地，两个所述前轴外壁均套设有套筒。

通过采用上述技术方案，两个套筒分别套设在前轴上，用于减少前轴转动的时候，与车体下壳的接触摩擦，影响前轴的转动，导致机器人的正常巡检工作。

优选地，所述车体下壳壳体内设有后轴电机，所述后轴电机的输出端连接有主动齿轮，所述后轴上设有从动齿轮，所述从动齿轮与所述主动齿轮相啮合。

通过采用上述技术方案，后轴上的从动齿轮与后轴电机上主动齿轮相啮合，以此控制后轴电机驱动轮子转动，保证轮子的正常的转动。

优选地，所述车体下壳壳体内还设有电源，两个所述前轴电机、红外测距传感器和后轴电机均与所述电源电连。

通过采用上述技术方案，该巡检机器人设置的电源为整个机器人的正常工作提供动力源。

优选地，所述上盖的顶面一侧设有接收信号的天线，所述上盖的顶面的另一侧设有开关，所述天线和所述开关均与所述电源电连。

通过采用上述技术方案，开关用于控制该巡检机器人的启停，方便控制机器人。

优选地，所述上盖的顶端固定有摄像装置底座，所述摄像装置底座的顶端设有摄像头与电源电连。

通过采用上述技术方案，摄像装置底座给摄像头提供支撑的平台，通过现有的自动技术来观察该巡检机器人的摄像头在巡检过程中拍摄的录像，以此来判断巡检过程中需要处理的位置，提高机器人的巡检能力。

本发明的有益效果是：

1、通过采用上述技术方案，该巡检机器人的车体下壳承载了整个机器人的大部分动力装置，给该机器人提供了动力的平台和支撑整个机器人；两个三角形履带轮分别用两个前轴电机控制，一方面三角形履带轮可以提高工作环境的适应性，另一方面前轴电机分别控制三角形履带轮，互不影响两个三角形履带轮的转动，保证巡检工作的有效进行；该机器人设有的关节抓取端和关节被抓取端可以把机器人连接在一起，能够实现机器人的单检和多检的功能，功能齐全，提高了巡检速度和巡检的适应性；红外测距传感器用于检测到关节抓取端和关节被抓取端的相对位置达到目标值，将信号传送到控制主板，控制系统发送指令，触发连接关节电磁装置，完成多个巡检机器人的结合。

2三角形履带轮的挡板壳给三角形履带轮提供一个活动的支架，防止机器人在巡检的时候，三角形履带轮与外界发生摩擦和碰撞并且防止异物进入挡板壳，卡死或者损坏三角形履带轮；同步带轮通过前轴的转动以此来带动其中的一个履带车轮转动，从而来带动通过履带传动连接的另外两个转动，驱动履带带动巡检机器人前进；避震轮与履带滚动接触，一方面可以减少三角形履带轮转动的摩擦，另一方面，避震轮铰接有呈V型设置的第一活动杆和第二活动杆，且第一活动杆和第二活动杆的另一端与固定在弹簧两端，目的在履带转动的时候，履带给第一活动杆和第二活动杆一个压缩力，让第一活动杆和第二活动杆在弹簧的作用下可以活动并且复位，一伸一缩，达到减震的效果，减少三角形履带轮的损坏。

3、两个套筒分别套设在前轴上，用于减少前轴转动的时候，与车体下壳的接触摩擦，影响前轴的转动，导致机器人的正常巡检工作；后轴上的从动齿轮与后轴电机上主动齿轮相啮合，以此控制后轴电机驱动轮子转动，保证轮子的正常的转动。

4、该巡检机器人设置的电源为整个机器人的正常工作提供动力源；开关用于控制该巡检机器人的启停，方便控制机器人；摄像装置底座给摄像头提供支撑的平台，通过现有的自动技术来观察该巡检机器人的摄像头在巡检过程中拍摄的录像，以此来判断巡检过程中需要处理的位置，提高机器人的巡检能力。

附图说明

图1为本发明一种地下电缆隧道巡检机器人的结构示意图；

图2为本发明一种地下电缆隧道巡检机器人的三角形履带轮结构示意图；

图3为本发明一种地下电缆隧道巡检机器人的轴视示意图；

图4为本发明一种地下电缆隧道巡检机器人的侧视示意图；

图5为本发明一种地下电缆隧道巡检机器人的仰视示意图。

图中，1-车体下壳，2-三角形履带轮，3-前轴，4-轴承，5-关节抓取端，6-轮子，7-后轴，8-关节被抓取端，9-上盖，10-红外测距传感器，11-后轴电机，12-主动齿轮，13-从动齿轮，14-前轴电机，15-电源，16-天线，17-开关，21-履带车轮，22-履带，23-同步带轮，24-同步带，25-弹簧，26-挡板壳，27-避震轮，28-第一活动杆，29-第二活动杆，31-套筒，91-摄像装置底座，92-摄像头。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

随着城市电缆入地化进程的推进，越来越多的地下电缆隧道逐步建成并投入使用。与地表的巡检环境相比，地下的电缆隧道环境属于非结构化环境：复杂的地形、潮湿的环境以及昆虫啃噬，漏水塌方等若干不可控因素将会为电缆的后期维护巡检工作带来诸多困难。从目前投入使用的电缆隧道巡检机器人来看，大多数采用单机巡检模式进行运营维护工作。单机巡检模式弊端诸多，如：首先，由于在整个巡检线路中，只存在一个巡检设备，其设备续航能力将面临巨大考验；其次，由于电缆隧道中环境复杂，若唯一的巡检设备受困于深沟等复杂的区域，将会无法继续后续的巡检工作；最后，由于电缆隧道空间狭小，单一的巡检设备由于其结构庞大，无法进入到空间较为狭小的工作区域，进而会产生巡检盲区，为了能够适应环境，设计了如图1至图5所示，一种地下电缆隧道巡检机器人。

一种地下电缆隧道巡检机器人，包括车体下壳1，车体下壳1内部前端对称设置有两个前轴电机14，前轴电机14的输出端均连接有前轴3，前轴3的一端均可转动的穿过车体下壳1的外壁，且与三角形履带轮2连接；车体下壳1前端的外部设有关节抓取端5，车体下壳1的后端外部设有关节被抓取端8，车体下壳1的前后两端外部均设有红外测距传感器10；车体下壳1的后端两侧对称设有轮子6，两个轮子6通过后轴7与车体下壳1转动连接；车体下壳1的上端设有用于包裹壳体的上盖9。该巡检机器人的车体下壳1承载了整个机器人的大部分动力装置，给该机器人提供了动力的平台和支撑整个机器人；两个三角形履带轮2 分别用两个前轴电机14通过前轴3控制，一方面三角形履带轮2可以提高工作环境的适应性，另一方面两个前轴电机14分别控制三角形履带轮2，互不影响两个三角形履带轮2的转动，保证巡检工作的有效进行；该机器人设有的关节抓取端5和关节被抓取端8可以把机器人连接在一起，能够实现机器人的单检和多检的功能，功能齐全，提高了巡检速度和巡检的适应性；红外测距传感器10用于检测到关节抓取端5和关节被抓取端8的相对位置达到目标值，将信号传送到控制主板，控制系统发送指令，触发连接关节电磁装置，完成多个巡检机器人的结合。

该巡检机器人在巡检过程中具体使用的时候，首先确定需要巡检的电缆隧道，检查该巡检机器人的运行状态，待检查完毕以后，开始巡检工作。该巡检机器人的上盖9的顶面一侧设有接收信号的天线16，上盖9的顶面的另一侧设有开关17，天线16和开关17均与电源15电连，打开巡检机器人的开关17，启动机器人，然后通过现有的智能自动技术控制巡检机器人按照指定的路线进行巡检工作，机器人的上盖9的顶面设有的天线16用于接收外部的信号和指令，以便来控制机器人的巡检工作正常运转。该机器人进入到巡检的电缆隧道以后，该机器人设有的车体下壳1的壳体内设有该机器人的动力装置，其中车体下壳1内部前端对称设置有两个前轴电机14，前轴电机14的输出端均连接有前轴3，前轴3的一端均可转动的穿过车体下壳1的外壁，且与三角形履带轮2连接；设置两个前轴电机14 ，这样可以使三角形履带轮2分别各自连接有前轴电机14 ，即使在巡检的过程中，机器人的其中一个三角形履带轮2发生故障，也不会影响机器人的正常巡检工作，大大提高了巡检持续时间和效率。车体下壳1的后端两侧对称设有轮子6，两个轮子6通过后轴7与车体下壳1转动连接，同时车体下壳1壳体内设有后轴电机11，后轴电机11的输出端连接有主动齿轮12，后轴7上设有从动齿轮13，从动齿轮13与主动齿轮12相啮合，后轴电机11转动以此来带动主动齿轮12转动，从而带动与主动齿轮12相啮合的从动齿轮13转动，这样从动齿轮13会带动后轴7转动，从而驱动轮子6转动。车体下壳1前端的外部设有关节抓取端5，车体下壳1的后端外部设有关节被抓取端8，车体下壳1的前后两端外部均设有红外测距传感器10；关节抓取端5与关节被抓取端8能够实现连接的作用，让该机器人具备了多模块对接和分离的功能，当需要多个巡检机器人组合工作时，车体下壳1壳体内设有电源15，车体下壳1内还固定有总控主板，车体下壳前后两侧面有一组对接关节装置，其对接关节装置就是关节抓取端5和关节被抓取端8，车体下壳1前方装有关节抓取端5，车体下壳1后方装有关节被抓取端8，车体下壳1沿三角形履带轮2前进方向的前后两端均设有红外测距传感器10，该机器人在巡检过程中，安装在单个巡检机器人上的红外测距传感器10检测到关节抓取端5和关节被抓取端8的相对位置达到目标值，将信号传送到控制主板，控制系统发送指令，触发连接关节电磁装置，完成多个巡检机器人的结合；当需要单个巡检机器人单独工作时，由控制主板向对接关节电磁装置发送反向激励，使得巡检机器人的关节抓取端5和与另一个巡检机器人的关节被抓取端8脱离，有效的将多个巡检机器人分离，实现单个巡检。在此机器人上设置的关节抓取端5和关节被抓取端8的连接，可以有多种连接方式，如电磁结构，通电以后关节抓取端5与关节被抓取端8的电磁部位相互吸引，使巡检机器人的关节抓取端5与另一个巡检机器人的关节被抓取端8连接起来；而电磁技术为现有技术，在此不做过多描述，关节抓取端5和关节被抓取端8的连接还可以为挂钩连接，通过关节抓取端5的挂钩与关节被抓取端8的挂钩连接槽相配合使用，能够实现两巡检机器人的连接；类似的连接现有技术还有很多，在此不一一赘述。

进一步的，车体下壳1的上端设有用于包裹壳体的上盖9，可以让下部的车体下壳1与外界隔离开，防止异物或者水进入车体下壳1内，损坏内部的动力结构，同时还可以给其他结构提供一个固定安装的平台。同时两个前轴电机14、红外测距传感器10和后轴电机11均与电源15电连，电源15为给该机器人提供源动力，保证机器人有足够的巡检持续时间。机器人巡检到电缆隧道中，很多地方空间比较狭小，而且在外部根本看不见，为了能够清楚观察电缆隧道内的看不见的地方，该机器人的上盖9的顶端固定有摄像装置底座91，摄像装置底座91的顶端设有摄像头92与电源15电连，这样通过现有的摄影摄像自动化技术，通过设置在机器人上盖9的摄像头92传输出来的影像，可以看见电缆隧道里的情况，同时还可以通过控制设置在上盖9上的摄像装置底座91的转动，以此来实现摄像头92的全方位的摄影电缆隧道里面狭小区域、看不见的位置的情况，以此来达到机器人巡检的目的。在此的控制摄像装置底座91和摄像头92摄像的技术，都是现有成熟的技术，只做简单的描述，具体实现的方式在此可以忽略。

进一步的，在机器人巡检的过程会遇到很多的障碍，电缆隧道里面也会是凹凸不平的，为了能够增大机器人的巡检能力，该机器人的三角形履带轮在这样的环境中体现出其价值。该机器人的三角形履带轮2包括呈三角形设置的挡板壳26和三个履带车轮21，挡板壳26与前轴3通过轴承转动连接，三个履带车轮21转动的设置挡板壳26内的三角，三个履带车轮21通过履带22沿着挡板壳26的三边传动连接；挡板壳26内的轴心设有可在挡板壳26内转动的同步带轮23，同步带轮23通过同步带24与三个履带车轮21的其中一个传动连接，同步带轮23与前轴3连接；挡板壳26的每一边均设置有避震轮27，三个避震轮27均设置在挡板壳26内，且分别与履带22滚动接触，三个避震轮27均铰接有第一活动杆28和第二活动杆29，且呈V型设置，第一活动杆28和第二活动杆29的另一端分别连接在一弹簧25上，弹簧25的两端固定在挡板壳26上。这样设置的三角形履带轮2，比普通巡检机器人的车轮的好处在于，机器人巡检遇见障碍的时候，三角形履带轮2跨越障碍比车轮更容易，遇见凹凸不平的位置可以实现移动，而普通的车轮容易陷进凹槽或者遇见较陡的位置难以跨域，这样设置三角形履带轮2不仅提高巡检机器人的巡检速度，还提高了巡检机器人的适应性。在机器人巡检过程中，电源15分别连接两个前轴电机11，两个前轴电机11分别控制着一个三角形履带轮2，在遇见障碍的时候，前轴电机11控制各自连接的三角形履带轮2，能够实现障碍的简单快速跨越。该三角形履带轮2的工作机制是，两个前轴3的转动，带动与之相连的同步带轮23的转动，为了减少前轴3转动的时候，与车体下壳1的接触摩擦，影响前轴3的转动，导致机器人的正常巡检工作，两个前轴3外壁均套设有套筒31，故此同步带轮23通过同步带24带动与之相连的其中一个履带车轮21转动，履带车轮21驱动履带22的转动，带动其他两个履带车轮21一起转动，实现三角形履带轮2的行进，同时设置在三角形履带轮2三边的三个避震轮27均履带22 转动接触，以此减少履带车轮21和履带22的摩擦，同时与三个避震轮27相连的弹簧25可以对机器人跨越障碍的时候起到减震的作用，三角形履带轮21还设有挡板壳26，弹簧25均与挡板壳26相连接，不与前轴3一起转动，目的是防止机器人在巡检的时候，三角形履带轮2与外界发生摩擦和碰撞，减少三角形履带轮2的损坏，让三角形履带轮21更加经久耐用。在该机器人使用三角形履带轮2，一方面是提高机器人克服障碍的能力，另一方面，三角形履带轮2自身结构稳定，不易在机器人巡检的时候发生损坏，还具有防止侧翻的效果，提高巡检适应能力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种地下电缆隧道巡检机器人，其特征在于，包括车体下壳（1），所述车体下壳（1）内部前端对称设置有两个前轴电机（14），所述前轴电机（14）的输出端均连接有前轴（3），所述前轴（3）的一端均可转动的穿过所述车体下壳（1）的外壁，且与三角形履带轮（2）连接；

所述三角形履带轮（2）包括呈三角形设置的挡板壳（26）和三个履带车轮（21），所述挡板壳（26）与所述前轴（3）通过轴承转动连接，三个所述履带车轮（21）转动的设置挡板壳（26）内的三角，三个所述履带车轮（21）通过履带（22）沿着挡板壳（26）的三边传动连接；所述挡板壳（26）内的轴心设有可在挡板壳（26）内转动的同步带轮（23），所述同步带轮（23）通过同步带（24）与三个所述履带车轮（21）的其中一个传动连接，所述同步带轮（23）与所述前轴（3）连接；所述挡板壳（26）的每一边均设置有避震轮（27），三个所述避震轮（27）均设置在所述挡板壳（26）内，且分别与所述履带（22）滚动接触，三个所述避震轮（27）均铰接有第一活动杆（28）和第二活动杆（29），且呈V型设置，所述第一活动杆（28）和第二活动杆（29）的另一端分别连接在一弹簧（25）上，所述弹簧（25）的两端固定在挡板壳（26）上；

所述车体下壳（1）前端的外部设有关节抓取端（5），所述车体下壳（1）的后端外部设有关节被抓取端（8），所述车体下壳（1）的前后两端外部均设有红外测距传感器（10）；

所述车体下壳（1）的后端两侧对称设有轮子（6），两个所述轮子（6）通过后轴（7）与所述车体下壳（1）转动连接；

所述车体下壳（1）的上端设有用于包裹壳体的上盖（9）。

2.根据权利要求1所述的一种地下电缆隧道巡检机器人，其特征在于，两个所述前轴（3）外壁均套设有套筒（31）。

3.根据权利要求1所述的一种地下电缆隧道巡检机器人，其特征在于，所述车体下壳（1）壳体内设有后轴电机（11），所述后轴电机（11）的输出端连接有主动齿轮（12），所述后轴（7）上设有从动齿轮（13），所述从动齿轮（13）与所述主动齿轮（12）相啮合。

4.根据权利要求3所述的一种地下电缆隧道巡检机器人，其特征在于，所述车体下壳（1）壳体内还设有电源（15），两个所述前轴电机（14）、红外测距传感器（10）和后轴电机（11）均与所述电源（15）电连。

5.根据权利要求4所述的一种地下电缆隧道巡检机器人，其特征在于，所述上盖（9）的顶面一侧设有接收信号的天线（16），所述上盖（9）的顶面的另一侧设有开关（17），所述天线（16）和所述开关（17）均与所述电源（15）电连。

6.根据权利要求4所述的一种地下电缆隧道巡检机器人，其特征在于，所述上盖（9）的顶端固定有摄像装置底座（91），所述摄像装置底座（91）的顶端设有摄像头（92）与电源（15）电连。

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