CN111365562A - 适应多管径的管道检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了适应多管径的管道检测机器人，属于检测设备领域，包括车体组件，所述车体组件的前端设有前视摄像机组件，后端设有后视摄像机组件，所述车体组件的两侧对称设有驱动组件、可调节履带行走组件和履带，所述驱动组件设在车体组件上且通过履带驱动所述可调节履带行走组件相对地面前进或者后退；所述前视摄像机组件，用来监测管道内，车体组件前端的管道情况；所述后视摄像机组件，用来检测管道内，车体组件后端的管道情况。本发明可实现同一管道机器人可以在不同尺寸管道内且环境复杂的情况下，平稳进行检测工作。

Description

适应多管径的管道检测机器人

技术领域

本发明属于检测设备领域，涉及地下管道的检测，尤其涉及适应多管径的管道检测机器人。

背景技术

近年来，随着石油、天然气和市政管道的发展，定期对这些管道进行检测和维护，显得尤为重要。由于管道内环境复杂、管道尺寸多样，要求管道机器人单元结构简单，可适应不同管径的管道，且对复杂的管内环境具有自适应能力。目前，管道机器人主要分为蠕动式、脚式、轮式、履带式、螺旋驱动式、被动运动式等多种形式，存在的主要问题有结构复杂、移动速度慢、越障能力差、对不同尺寸管道的适应能力差等，导致管道的检测效率低下，运维成本较高。

发明内容

本发明要解决的问题是在于提供适应多管径的管道检测机器人，可实现同一管道机器人可以在不同尺寸管道内且环境复杂的情况下，平稳进行检测工作。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：适应多管径的管道检测机器人，包括车体组件，所述车体组件的前端设有前视摄像机组件，后端设有后视摄像机组件，所述车体组件的两侧对称设有驱动组件、可调节履带行走组件和履带，所述驱动组件设在车体组件上且通过履带驱动所述可调节履带行走组件相对地面前进或者后退；

所述前视摄像机组件，用来监测管道内，车体组件前端的管道情况；

所述后视摄像机组件，用来检测管道内，车体组件后端的管道情况。

进一步的，还包括控制中心，与所述前视摄像机组件、后视摄像机组件和驱动轮组件信号连接，用来接收信号，并控制所有电器原件的启动和停止。

进一步的，所述驱动组件包括升降电机、减速机和动力轮，所述升降电机和减速机设在车体组件的内部，所述升降电机通过减速机动力轮转动，所述动力轮驱动所述履带转动，带动所述可调节履带行走组件前进或后退。

进一步的，所述前视摄像机组件包括前视高清摄像机、前视摄像机旋转底盘和前视摄像机组件控制器，前视摄像机组件控制器设置在车体组件的内部，前视摄像机组件控制器控制所述前视摄像机旋转底盘带动前视高清摄像机360度旋转，所述前视高清摄像机包括前视LED照明灯和前视高清摄像头，前视高清摄像头四周分布四个前视LED照明灯。

进一步的，所述后视摄像机组件包括嵌设在车体组件内部的后视高清摄像头、后视LED照明灯和后视摄像机组件控制器，所述后视LED照明灯和后视摄像机组件控制器上下平行设置，所述车体组件对应的位置设有避位孔，所述后视摄像机组件控制器与控制中心信号连接。

进一步的，所述可调节履带行走组件包括履带底盘、行走从动轮和履带绷紧从动轮，所述行走从动轮的数量为多个且平行设置，所述行走从动轮的轴向与所述可调节履带行走组件的行进方向垂直设置，所述履带绷紧从动轮设置在所述履带底盘前进方向的前后两端，所述履带绷紧从动轮的轴线与所述行走从动轮的轴线平行设置，所述履带依次经过行走从动轮和履带绷紧从动轮导向后与所述驱动组件配合。

进一步的，每排行走从动轮的数量为两个且在所述履带底盘的宽度方向分散设置，两个所述行走从动轮通过行走轮轴连接且同步转动，每排所述履带绷紧从动轮的数量为三个且通过绷紧轮轴连接且同步转动，所述绷紧轮轴与所述履带底盘之间设有履带绷紧伸缩杆，所述履带绷紧伸缩杆的数量为两个且设置相邻的履带绷紧从动轮之间，所述履带底盘上与所述履带绷紧伸缩杆对应的位置设有杆支撑座，所述履带绷紧伸缩杆的一端设在所述杆支撑座内且相对所述履带底盘伸缩设置。

进一步的，所述履带底盘与所述车体组件之间设有车体升降支柱，所述车体升降支柱的数量为两个且设在所述履带底盘前进方向的前后两端，所述车体升降支柱的下端与滑块铰接，所述滑块设在所述履带底盘上且二者沿行进方向前后滑动连接，所述滑块的上端设有对其定位的底盘盖板，所述底板盖板的两端与所述履带底盘固定连接，所述升降支柱的上端设有旋转轴，所述旋转轴与行进电机的出力轴固定连接，行进电机设在所述车体组件的内部。

进一步的，所述滑块的下端设有两个导向凸起，所述履带底盘的上端对应设有导向槽，所述导向凸起设在所述导向槽内且二者滑动连接，一个行进电机通过双轴输出的减速机同时驱动对称设置的两个旋转轴转动。

进一步的，所述车体组件包括围成箱体结构的车前板、车后板、车顶板、车侧板和车底板，所述车前板的外侧设有固定前视摄像机组件的定位圆形凸起，所述定位圆形凸起上设有航插孔，所述车侧板上设有圆形底座，驱动组件中的升降电机通过圆形底座与外部的动力轮连接。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。

1、本发明适通过组件化的设计，使管道检测机器人结构简单，维保更加便捷，采用可调节履带行走方式，使管道机器人能适应不同尺寸、内部环境复杂的管道，且越障能力强，可现同一管道机器人可以在不同尺寸管道内且环境复杂的情况下，平稳进行检测工作；

2、本发明中一个驱动组件配套设置一个可调节履带行走组件和一个履带，两个驱动组件中的升降电机转速可以相同，也可以不同，转速相同的时候，整个结构可以实现前进和后退，转速不同的时候，即利用差速原理，使管道检测机器人能沿任意曲线行走，且能原地旋转；

3、本申请中，履带传动的结构，重心低、附着系数大，具有良好的抵抗翻倾和下滑的坡地稳定性性，同时还具有转弯半径小的机动性、爬坡能力强，适用于不同管径，而且有效防止打滑，适用于本申请中管道各种不同情况的使用；

4、本申请的结构高度可调节，适用于多种管道，行进电机转动的时候，带动车体升降支柱的上端旋转，由于车体升降支柱的上端与滑块铰接，上端转动的过程中，带动下端的滑块在履带底盘上滑动，同时车体升降支柱的上端上升，驱动车体组件上升，实现了固定在车体组件上的前视摄像机组件和后视摄像机组件高度的变化，满足较大直径管道的检测需求，行进电机反向旋转，实现了车体组件的下降，最低的位置为车体升降支柱的水平状态，实现了较小直径的管道的检测，整个结构布局紧凑，占用空间小，而且调节方便快捷，适用范围广。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明适应多管径的管道检测机器人在中间高度侧视的结构示意图；

图2是本发明适应多管径的管道检测机器人在中间高度俯视的结构示意图；

图3是本发明前视摄像机组件的结构示意图；

图4是本发明后视摄像机组件的结构示意图；

图5是本发明可调节履带行走组件俯视的结构示意图；

图6是本发明可调节履带行走组件侧视的结构示意图；

图7是本发明车体组件侧视的结构示意图；

图8是本发明车体组件俯视的结构示意图；

图9是本发明车体组件内部的结构示意图；

图10是本发明适应多管径的管道检测机器人在最低高度的结构示意图；

图11是本发明图10的A部详图；

图12是本发明图10的B部详图；

图13是本发明适应多管径的管道检测机器人不含车体组件的结构示意图；

图14是本发明适应多管径的管道检测机器人在最高高度的结构示意图；

图15是本发明滑块的结构示意图。

附图标记：

1、前视摄像机组件；2、后视摄像机组件；3、可调节履带行走组件；4、车体组件；5、履带组件；6、驱动轮组件；11、前视高清摄像机；12、前视摄像机旋转底盘；13、前视摄像机组件控制器；111、前视LED照明灯；112、前视高清摄像头；21、后视高清摄像头；22、后视LED照明灯；23、后视摄像机组件控制器；31、车体升降支柱；32、滑块；33、履带底盘；34、底盘盖板；35、行走从动轮；36、履带绷紧从动轮；37、履带绷紧伸缩杆；311、连接孔；312、旋转轴；321、导向凸起；322、连接销；331、滑动平台；332、导向槽；333、行走轮轴；334、绷紧轮轴；335、杆支撑座；41、车前板；42、车后板；43、车顶板；44、车侧板；45、车底板；411、航插孔；412、定位圆形凸起；413、前支撑框架；421、安装孔；422、后支撑框架；441、圆形底座；442、支撑底座；443、固定凸起；444、支撑座；451、定位凸起；46、行进电机；61、升降电机；62、减速机；63、动力轮。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1～图15所示，适应多管径的管道检测机器人，包括车体组件4，车体组件4的前端设有前视摄像机组件1，后端设有后视摄像机组件2，车体组件4的两侧对称设有驱动组件、可调节履带行走组件3和履带，驱动组件设在车体组件4上且通过履带驱动可调节履带行走组件3相对地面前进或者后退；

前视摄像机组件1，用来监测管道内，车体组件4前端的管道情况；

后视摄像机组件2，用来检测管道内，车体组件4后端的管道情况。

优选地，还包括控制中心，与前视摄像机组件1、后视摄像机组件2和驱动轮组件6信号连接，用来接收信号，并控制所有电器原件的启动和停止。

优选地，驱动组件包括升降电机61、减速机62和动力轮63，升降电机和减速机设在车体组件4的内部，升降电机通过减速机动力轮转动，动力轮驱动履带转动，带动可调节履带行走组件3前进或后退，升降电机可采用伺服电机，控制程序更加简单，也可用旋转电缸或者旋转油缸或其他等效结构替代，可实现旋转功能即可，设置减速机后，可提升扭矩，提升结构动力传递的稳定性。

优选地，前视摄像机组件1包括前视高清摄像机11、前视摄像机旋转底盘12和前视摄像机组件1控制器，前视摄像机组件1控制器设置在车体组件4的内部，前视摄像机组件1控制器控制前视摄像机旋转底盘12带动前视高清摄像机11360度旋转，前视高清摄像机11包括前视LED照明灯111和前视高清摄像头112，前视高清摄像头112四周分布四个前视LED照明灯111，前视摄像机旋转底盘12可以是旋转气缸或者旋转电缸等结构，实现360的旋转，也可以采用齿轮结构驱动实现360度的旋转，采用市场上现有的分度盘结构，实现特定多种角度旋转后的定位，前视高清摄像机11也上下摇摆，采用市场上现有的摇摆头结构，也可以采用气缸或电动推杆推动，将前视高清摄像机11铰接在前视摄像机旋转底盘12上，驱动摇摆用的气缸或者电动推杆也固定在在前视摄像机旋转底盘12上，气缸或者电动推杆的出力轴与前视高清摄像机11连接，实现了结构的摇摆；更优选地，后视摄像机组件2包括嵌设在车体组件4内部的后视高清摄像头21、后视LED照明灯22和后视摄像机组件2控制器，后视LED照明灯22和后视摄像机组件2控制器上下平行设置，车体组件4对应的位置设有避位孔，后视摄像机组件2控制器与控制中心信号连接，前视LED照明灯111和后视LED照明灯22可保证良好的亮度，方便进行拍摄和监控，提升检测的精度。

优选地，可调节履带行走组件3包括履带底盘33、行走从动轮35和履带绷紧从动轮36，行走从动轮35的数量为多个且平行设置，行走从动轮35的轴向与可调节履带行走组件3的行进方向垂直设置，履带绷紧从动轮36设置在履带底盘33前进方向的前后两端，履带绷紧从动轮36的轴线与行走从动轮35的轴线平行设置，履带依次经过行走从动轮35和履带绷紧从动轮36导向后与驱动组件配合，履带传动的结构，重心低、附着系数大，具有良好的抵抗翻倾和下滑的坡地稳定性性，同时还具有转弯半径小的机动性、爬坡能力强，适用于不同管径，而且有效防止打滑，适用于本申请中管道各种不同情况的使用，而且履带的传送结构，牵引力大，不容易对管道的内壁造成损伤。

优选地，每排行走从动轮35的数量为两个且在履带底盘33的宽度方向分散设置，两个行走从动轮35通过行走轮轴333连接且同步转动，每排履带绷紧从动轮36的数量为三个且通过绷紧轮轴334连接且同步转动，绷紧轮轴334与履带底盘33之间设有履带绷紧伸缩杆37，履带绷紧伸缩杆37的数量为两个且设置相邻的履带绷紧从动轮36之间，履带底盘33上与履带绷紧伸缩杆37对应的位置设有杆支撑座444335，履带绷紧伸缩杆37的一端设在杆支撑座444335内且相对履带底盘33伸缩设置，杆支撑座444335设在履带绷紧伸缩杆37的外部且对其进行限位和导向，保证履带绷紧伸缩杆37前后伸缩的稳定性，履带绷紧伸缩杆37与杆支撑座444335的底部之间设有弹簧，弹簧的两端与二者均固定连接，保证了履带绷紧伸缩杆37的前后伸缩性，有效随机调整履带的松紧性。

优选地，履带底盘33与车体组件4之间设有车体升降支柱31，车体升降支柱31的数量为两个且设在履带底盘33前进方向的前后两端，车体升降支柱31的下端与滑块32铰接，滑块32设在履带底盘33上且二者沿行进方向前后滑动连接，滑块32的上端设有对其定位的底盘盖板34，底板盖板的两端与履带底盘33固定连接，升降支柱的上端设有旋转轴312，旋转轴312与行进电机的出力轴固定连接，行进电机设在车体组件4的内部，行进电机46转动的时候，带动车体升降支柱31的上端旋转，由于车体升降支柱31的上端与滑块32铰接，上端转动的过程中，带动下端的滑块32在履带底盘33上滑动，同时车体升降支柱31的上端上升，驱动车体组件4上升，实现了固定在车体组件4上的前视摄像机组件1和后视摄像机组件2高度的变化，满足较大直径管道的检测需求，行进电机反向旋转，实现了车体组件4的下降，最低的位置为车体升降支柱31的水平状态，实现了较小直径的管道的检测，整个结构布局紧凑，占用空间小，而且调节方便快捷，适用范围广。

优选地，滑块32的下端设有两个导向凸起321，履带底盘33的上端对应设有导向槽332，导向凸起321设在导向槽332内且二者滑动连接，导向凸起321和导向槽332的设置，提升了滑块32的移动精度，一个行进电机通过双轴输出的减速机同时驱动对称设置的两个旋转轴312转动，受力均衡，提升稳定性。

优选地，车体组件4包括围成箱体结构的车前板41、车后板42、车顶板43、车侧板44和车底板45，且均采用钣金制成，成本低，强度高，车前板41的外侧设有固定前视摄像机组件1的定位圆形凸起412，定位圆形凸起412上设有航插孔411，车侧板44上设有圆形底座441，驱动组件中的升降电机通过圆形底座441与外部的动力轮连接，结构简单紧凑，而且箱体的结构可对至于其内部的零件起到保护的作用，防止外部的杂物等进入到内部。

在实际使用的过程中，前视摄像机组件1、后视摄像机组件2、可调节履带行走组件3、车体组件4、履带5及驱动轮组件6；其中：所述前视摄像机组件1包括顺次连接的前视高清摄像机11、前视摄像机旋转底盘12、和前视摄像机组件控制器13，本实施例中，前视高清摄像机11包括前视高清摄像头112和前视LED照明灯111，前视高清摄像头112四周分布四个前视LED照明灯111，前视高清摄像机11能上下翻转，前视摄像机旋转底盘12可以支撑并带动前视高清摄像机11进行360°的旋转，前视摄像机组件控制器13连接在车体组件4车前板41的背面；所述后视摄像机组件2包括后视高清摄像头21、后视LED照明灯22、和后视摄像机组件控制器23，后视高清摄像头21和后视LED照明灯22镶嵌在车体组件4车后板42上，并与其背面的后视摄像机组件控制器23相连；所述可调节履带行走组件3包括车体升降支柱31、滑块32、履带底盘33、底盘盖板34、行走从动轮35、履带绷紧从动轮36和履带绷紧伸缩杆37，车体升降支柱31底端的连接孔311与滑块32一侧的连接销331装配在一起，滑块32底端的导向凸起321与履带底盘33上的导向槽332进行配合，底盘盖板34通过螺栓与履带底盘33装配，从而形成一个滑动行程空间，本实施例中，滑块32在滑动平台332上沿直线运动，本实施例中，四十四个行走从动轮35通过履带底盘33底端的行走轮轴333安装在履带底盘33上，六个履带绷紧从动轮36通过履带底盘33后端的绷紧轮轴334安装在底盘上，从而避免履带5与履带底盘33和底盘盖板34发生干涉，履带绷紧伸缩杆37连接在履带底盘33前端的支撑座335上，六个履带绷紧从动轮安装在履带绷紧伸缩杆37上，通过履带绷紧伸缩杆37的伸长与缩短来达到履带5绷紧的状态；所述车体组件4包括车前板41、车后板42、车顶板43、车侧板44和车底板45，通过车前板41正面的定位圆形凸起412把前视摄像机组件1安装在航插孔411上，车前板41背面有安装前视摄像机控制器13的支撑框架413，车后板42上留有安装后视摄像机组件2的安装孔421，车后板42背面有安装后视摄像机组件2的支撑框架422，车侧板44正面有安装驱动轮6的圆形底座441，车侧板44背面有安装驱动电机的支撑底座442和定位矩形凸起443，及安装升降旋转轴312的支撑座444，车底板45背面有安装升降电机的定位矩形凸起451；可调节履带行走组件3通过车体升降支柱31顶端的旋转轴312与车体组件4内部的升降电机相连，升降电机驱动车体升降支柱31前后摆动，从而带动滑块32在滑动平台331上运动，达到车体升降的效果；驱动轮组件6通过车侧板44的圆形底座441与车体组件4内部的驱动电机相连，驱动轮组件6通过履带5传动，带动行走从动轮35转动，从而使管道检测机器人前进或后退；两个驱动电机各自控制车体组件4两侧的驱动轮组件6，通过差速原理，使管道检测机器人转弯。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.适应多管径的管道检测机器人，其特征在于：包括车体组件，所述车体组件的前端设有前视摄像机组件，后端设有后视摄像机组件，所述车体组件的两侧对称设有驱动组件、可调节履带行走组件和履带，所述驱动组件设在车体组件上且通过履带驱动所述可调节履带行走组件相对地面前进或者后退；

所述前视摄像机组件，用来监测管道内，车体组件前端的管道情况；

所述后视摄像机组件，用来检测管道内，车体组件后端的管道情况。

2.根据权利要求1所述的适应多管径的管道检测机器人，其特征在于：还包括控制中心，与所述前视摄像机组件、后视摄像机组件和驱动轮组件信号连接，用来接收信号，并控制所有电器原件的启动和停止。

3.根据权利要求1所述的适应多管径的管道检测机器人，其特征在于：所述驱动组件包括升降电机、减速机和动力轮，所述升降电机和减速机设在车体组件的内部，所述升降电机通过减速机动力轮转动，所述动力轮驱动所述履带转动，带动所述可调节履带行走组件前进或后退。

4.根据权利要求1所述的适应多管径的管道检测机器人，其特征在于：所述前视摄像机组件包括前视高清摄像机、前视摄像机旋转底盘和前视摄像机组件控制器，前视摄像机组件控制器设置在车体组件的内部，前视摄像机组件控制器控制所述前视摄像机旋转底盘带动前视高清摄像机360度旋转，所述前视高清摄像机包括前视LED照明灯和前视高清摄像头，前视高清摄像头四周分布四个前视LED照明灯。

5.根据权利要求1所述的适应多管径的管道检测机器人，其特征在于：所述后视摄像机组件包括嵌设在车体组件内部的后视高清摄像头、后视LED照明灯和后视摄像机组件控制器，所述后视LED照明灯和后视摄像机组件控制器上下平行设置，所述车体组件对应的位置设有避位孔，所述后视摄像机组件控制器与控制中心信号连接。

6.根据权利要求1所述的适应多管径的管道检测机器人，其特征在于：所述可调节履带行走组件包括履带底盘、行走从动轮和履带绷紧从动轮，所述行走从动轮的数量为多个且平行设置，所述行走从动轮的轴向与所述可调节履带行走组件的行进方向垂直设置，所述履带绷紧从动轮设置在所述履带底盘前进方向的前后两端，所述履带绷紧从动轮的轴线与所述行走从动轮的轴线平行设置，所述履带依次经过行走从动轮和履带绷紧从动轮导向后与所述驱动组件配合。

7.根据权利要求6所述的适应多管径的管道检测机器人，其特征在于：每排行走从动轮的数量为两个且在所述履带底盘的宽度方向分散设置，两个所述行走从动轮通过行走轮轴连接且同步转动，每排所述履带绷紧从动轮的数量为三个且通过绷紧轮轴连接且同步转动，所述绷紧轮轴与所述履带底盘之间设有履带绷紧伸缩杆，所述履带绷紧伸缩杆的数量为两个且设置相邻的履带绷紧从动轮之间，所述履带底盘上与所述履带绷紧伸缩杆对应的位置设有杆支撑座，所述履带绷紧伸缩杆的一端设在所述杆支撑座内且相对所述履带底盘伸缩设置。

8.根据权利要求6所述的适应多管径的管道检测机器人，其特征在于：所述履带底盘与所述车体组件之间设有车体升降支柱，所述车体升降支柱的数量为两个且设在所述履带底盘前进方向的前后两端，所述车体升降支柱的下端与滑块铰接，所述滑块设在所述履带底盘上且二者沿行进方向前后滑动连接，所述滑块的上端设有对其定位的底盘盖板，所述底板盖板的两端与所述履带底盘固定连接，所述升降支柱的上端设有旋转轴，所述旋转轴与行进电机的出力轴固定连接，行进电机设在所述车体组件的内部。

9.根据权利要求8所述的适应多管径的管道检测机器人，其特征在于：所述滑块的下端设有两个导向凸起，所述履带底盘的上端对应设有导向槽，所述导向凸起设在所述导向槽内且二者滑动连接，一个行进电机通过双轴输出的减速机同时驱动对称设置的两个旋转轴转动。

10.根据权利要求1所述的适应多管径的管道检测机器人，其特征在于：所述车体组件包括围成箱体结构的车前板、车后板、车顶板、车侧板和车底板，所述车前板的外侧设有固定前视摄像机组件的定位圆形凸起，所述定位圆形凸起上设有航插孔，所述车侧板上设有圆形底座，驱动组件中的升降电机通过圆形底座与外部的动力轮连接。

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