DE102011085565A1 - Autonomous working device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einem autonomen Arbeitsgerät, insbesondere einem autonomen Rasenmäher, mit zumindest einer Recheneinheit (12a; 12b) und zumindest einer Kollisionserkennungsvorrichtung (14a; 14b), die zumindest eine Sensoreinheit (16a; 16b) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest einen Beschleunigungssensor (18a; 18b, 20a) umfasst.The invention is based on an autonomous implement, in particular an autonomous lawnmower, having at least one arithmetic unit (12a, 12b) and at least one collision detection device (14a, 14b), which has at least one sensor unit (16a, 16b). It is proposed that the sensor unit comprises at least one acceleration sensor (18a, 18b, 20a).
Description
Stand der TechnikState of the art
Es ist bereits ein autonomes Arbeitsgerät, insbesondere ein autonomer Rasenmäher, mit zumindest einer Recheneinheit und zumindest einer Kollisionserkennungsvorrichtung, die zumindest eine Sensoreinheit aufweist, vorgeschlagen worden.An autonomous implement, in particular an autonomous lawnmower, has already been proposed with at least one computing unit and at least one collision detection device having at least one sensor unit.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung geht aus von einem autonomen Arbeitsgerät, insbesondere einem autonomen Rasenmäher, mit zumindest einer Recheneinheit und zumindest einer Kollisionserkennungsvorrichtung, die zumindest eine Sensoreinheit aufweist.The invention is based on an autonomous implement, in particular an autonomous lawnmower, with at least one computing unit and at least one collision detection device having at least one sensor unit.
Es wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest einen Beschleunigungssensor umfasst. Unter einem „autonomen Arbeitsgerät“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Gerät verstanden werden, welches eine Arbeit zumindest teilweise selbsttätig verrichtet, wie insbesondere selbsttätig beginnt, selbsttätig beendet und/oder selbsttätig zumindest einen Parameter, wie insbesondere einen Streckenparameter, und/oder einen Umkehrpunkt usw. auswählt. Besonders bevorzugt ist das Gerät dazu vorgesehen, eine Fläche abzufahren und insbesondere die Fläche zu bearbeiten, wie beispielsweise zu kehren, abzusaugen, zu reinigen und/oder einen auf der Fläche befindlichen Rasen zu mähen. Dabei sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende autonome Arbeitsgeräte denkbar, wie beispielsweise eine autonome Kehrmaschine, ein autonomer Staubsauger oder eine autonome Schwimmbadreinigungsmaschine usw. Insbesondere ist das autonome Arbeitsgerät jedoch von einem autonomen Rasenmäher gebildet. Ferner soll unter einer „Recheneinheit“ insbesondere eine Einheit mit einem Informationseingang, einer Informationsverarbeitung und/oder einer Informationsausgabe verstanden werden. Vorteilhaft weist die Recheneinheit zumindest einen Prozessor, einen Speicher, Ein- und Ausgabemittel, weitere elektrische Bauteile, ein Betriebsprogramm, Regelroutinen, Steuerroutinen und/oder Berechnungsroutinen auf. Vorzugsweise sind die Bauteile der Recheneinheit auf einer gemeinsamen Platine angeordnet und/oder vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Recheneinheit ist vorzugsweise innerhalb eines Teils des autonomen Arbeitsgeräts angeordnet, das zur Verrichtung einer Arbeit angetrieben über die zu bearbeitende Fläche bewegt wird. Alternativ und/oder zusätzlich könnte jedoch auch die Recheneinheit außerhalb des Teils des autonomen Arbeitsgeräts angeordnet sein, wie beispielsweise in einer Fernbedienung und/oder einer stationären Station. Eine Verbindung zwischen dem Teil und der Recheneinheit des autonomen Arbeitsgeräts kann insbesondere über eine drahtlose Verbindung erfolgen. Dadurch kann insbesondere die Recheneinheit des autonomen Arbeitsgeräts aus dem Teil des autonomen Arbeitsgeräts ausgelagert werden, um eine Belastung durch Schmutz gering zu halten. Ferner kann dadurch ein Gewicht des Teils des autonomen Arbeitsgeräts gering gehalten werden. Ferner soll unter einer „Kollisionserkennungsvorrichtung“ insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen bevorstehenden und/oder einen eingetretenen Zusammenstoß mit einem Gegenstand zu detektieren und/oder die Daten eines Sensorelements auszuwerten und einen bevorstehenden und/oder einen eingetretenen Zusammenstoß zu erkennen. Der Gegenstand weist vorzugsweise ein Gewicht auf, das zumindest größer ist, als das Gewicht des autonomen Arbeitsgeräts und/oder besonders bevorzugt würde das autonome Arbeitsgerät durch den Gegenstand bei einer Kollision um zumindest 20%, vorzugsweise um zumindest 50% und besonders bevorzugt um zumindest 100% verzögert werden. Des Weiteren soll unter einer „Sensoreinheit“ in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Kenngröße und/oder eine physikalische Eigenschaft aufzunehmen, wobei die Aufnahme aktiv, wie insbesondere durch das Erzeugen und Aussenden eines elektrischen Messsignals, und/oder passiv, wie insbesondere durch eine Erfassung von Eigenschaftsänderungen eines Sensorbauteils, stattfinden kann. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Sensoreinheiten denkbar. Unter einem „Beschleunigungssensor“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Sensor verstanden werden, welcher dazu vorgesehen ist, eine Beschleunigung zu messen. Vorzugsweise wird bei einer Messung eine auf eine Testmasse des Beschleunigungssensors wirkende Trägheitskraft bestimmt, welche auf eine Beschleunigung rückschließen lässt. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Beschleunigungssensoren denkbar.It is proposed that the sensor unit comprises at least one acceleration sensor. An "autonomous implement" is to be understood in this context, in particular a device that performs a work at least partially automatically, in particular automatically starts, automatically terminated and / or automatically at least one parameter, such as a route parameter, and / or a reversal point, etc .. . selects. Particularly preferably, the device is intended to descend an area and in particular to work on the area, such as sweeping, sucking off, cleaning and / or mowing a lawn on the surface. In this case, various autonomous working devices appearing appropriate to the skilled person are conceivable, such as, for example, an autonomous sweeper, an autonomous vacuum cleaner or an autonomous swimming pool cleaning machine, etc. In particular, however, the autonomous working device is formed by an autonomous lawnmower. Furthermore, a "computing unit" should be understood to mean, in particular, a unit having an information input, an information processing and / or an information output. Advantageously, the arithmetic unit has at least one processor, a memory, input and output means, further electrical components, an operating program, control routines, control routines and / or calculation routines. Preferably, the components of the computing unit are arranged on a common board and / or advantageously arranged in a common housing. The arithmetic unit is preferably arranged within a part of the autonomous working device, which is driven to perform a work on the surface to be machined. Alternatively and / or additionally, however, the arithmetic unit could also be arranged outside the part of the autonomous implement, such as in a remote control and / or a stationary station. A connection between the part and the arithmetic unit of the autonomous working device can be made in particular via a wireless connection. As a result, in particular, the arithmetic unit of the autonomous working device can be outsourced from the part of the autonomous working device in order to keep a burden of dirt low. Furthermore, thereby a weight of the part of the autonomous working device can be kept low. Furthermore, a "collision detection device" is to be understood in particular to mean a device which is provided to detect at least one impending and / or a collision with an object and / or to evaluate the data of a sensor element and to impede an imminent and / or a collision detect. The article preferably has a weight that is at least greater than the weight of the autonomous implement and / or particularly preferred would be the autonomous implement through the article in a collision of at least 20%, preferably at least 50% and most preferably at least 100% % delayed. Furthermore, a "sensor unit" in this context should be understood to mean, in particular, a unit which is intended to accommodate at least one parameter and / or one physical characteristic, the recording being active, in particular by generating and emitting an electrical measuring signal, and / or passive, as can be done in particular by detecting changes in the properties of a sensor component. There are various conceivable to those skilled in sensor units conceivable. In this context, an "acceleration sensor" is to be understood as meaning, in particular, a sensor which is intended to measure an acceleration. In one measurement, an inertial force acting on a test mass of the acceleration sensor is preferably determined, which indicates an acceleration. Various types of acceleration sensors that appear reasonable to the person skilled in the art are conceivable.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des autonomen Arbeitsgeräts kann besonders schnell und zuverlässig eine Kollision erkannt werden. Ferner können Kosten sowie Raum für einen Sensor gering gehalten werden.Due to the inventive design of the autonomous implement a collision can be detected particularly quickly and reliably. Furthermore, costs and space for a sensor can be kept low.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zumindest zwei Beschleunigungssensoren umfasst. Dadurch kann vorteilhaft auf einfache Weise eine Relativbeschleunigung gemessen werden.It is also proposed that the sensor unit comprises at least two acceleration sensors. As a result, a relative acceleration can advantageously be measured in a simple manner.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Beschleunigungssensor als MEMS-Sensor ausgeführt ist. Unter einem „MEMS-Sensor“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Beschleunigungssensor mit einem Micro-Electro-Mechanical-System verstanden werden. Vorteilhaft soll darunter insbesondere ein Sensor mit einem miniaturisierten Feder-Masse-System verstanden werden. Besonders vorteilhaft besteht der Sensor zumindest teilweise aus Silizium. Dadurch kann vorteilhaft ein besonders kleiner und robuster Beschleunigungssensor bereitgestellt werden.Furthermore, it is proposed that the at least one acceleration sensor is designed as a MEMS sensor. A "MEMS sensor" is to be understood in this context, in particular an acceleration sensor with a micro-electro-mechanical system. Advantageously, including a particular sensor with a miniaturized spring-mass system are understood. Particularly advantageously, the sensor consists at least partially of silicon. As a result, a particularly small and robust acceleration sensor can advantageously be provided.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass das autonome Arbeitsgerät zumindest eine Karosserieeinheit und zumindest eine Chassiseinheit aufweist, an welchen jeweils ein Sensor der Sensoreinheit angeordnet ist. Unter einer „Karosserieeinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche ein von außen sichtbares Gehäuse des autonomen Arbeitsgeräts bildet. Die Karosserieeinheit kann sowohl selbsttragend aufgebaut sein, als auch nicht selbsttragend auf einem Rahmen der Chassiseinheit aufgebaut sein. Vorteilhaft ist die Karosserieeinheit selbsttragend ausgebildet. Unter einer „Chassiseinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche das Fahrgestell und/oder den Rahmen des autonomen Arbeitsgeräts bildet. Vorzugsweise ist an der Chassiseinheit zumindest eine Radaufhängung und/oder zumindest ein Rad angeordnet. Besonders bevorzugt sind an der Chassiseinheit Antriebsmittel, wie insbesondere eine Antriebseinheit und/oder zumindest eine Recheneinheit und/oder zumindest weitere Vorrichtungen des autonomen Arbeitsgeräts, angeordnet.It is further proposed that the autonomous implement has at least one body unit and at least one chassis unit, on each of which a sensor of the sensor unit is arranged. A "body unit" should be understood in this context, in particular a unit which forms a visible from the outside housing of the autonomous implement. The body unit may be constructed both self-supporting, as well as not self-supporting constructed on a frame of the chassis unit. Advantageously, the body unit is self-supporting trained. A "chassis unit" is to be understood in this context in particular a unit which forms the chassis and / or the frame of the autonomous implement. Preferably, at least one wheel suspension and / or at least one wheel is arranged on the chassis unit. Drive means, in particular a drive unit and / or at least one arithmetic unit and / or at least further devices of the autonomous implement, are particularly preferably arranged on the chassis unit.
Durch die Ausgestaltung kann vorteilhaft ein getrenntes Sensieren einer Beschleunigung der Karosserieeinheit und der Chassiseinheit erfolgen. Ferner kann vorteilhaft einfach ein relativer Wert zwischen der Karosserieeinheit und der Chassiseinheit detektiert werden.The embodiment can advantageously be carried out separately sensing an acceleration of the body unit and the chassis unit. Further, advantageously, a relative value between the body unit and the chassis unit can be detected easily.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Karosserieeinheit zumindest teilweise beweglich auf der zumindest einen Chassiseinheit gelagert ist. Unter „zumindest teilweise beweglich gelagert“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass zumindest ein Bauelement der Karosserieeinheit zumindest um eine vorgegebene Auslenkung, welche an jedem Punkt des Bauelements der Karosserieeinheit zumindest im Wesentlichen identisch ist, in zumindest eine Richtung gegenüber der Chassiseinheit ausgelenkt werden kann. Vorzugsweise kann die Karosserieeinheit um eine Auslenkung von maximal 5%, vorzugsweise von maximal 10% und besonders bevorzugt um maximal 20% einer Erstreckung der Karosserieeinheit in Richtung der Auslenkung zumindest teilweise federelastisch gegenüber der Chassiseinheit ausgelenkt werden. Besonders bevorzugt kann die Karosserieeinheit in zumindest alle Richtungen einer Ebene parallel zu einer Haupterstreckungsebene des autonomen Arbeitsgeräts ausgelenkt werden. Dabei soll unter „zumindest im Wesentlichen“ in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine Abweichung von einem vorgegebenen Wert insbesondere weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10% und besonders bevorzugt weniger als 5% des vorgegebenen Werts beträgt. In diesem Zusammenhang soll unter „zumindest teilweise federelastisch ausgelenkt“ insbesondere verstanden werden, dass zumindest 20%, vorzugsweise zumindest 50% und besonders bevorzugt zumindest 80% einer gesamten Auslenkung elastisch erfolgt. Dadurch kann vorteilhaft eine Relativbewegung zwischen der Karosserieeinheit und der Chassiseinheit erfolgen. Ferner kann eine Relativbewegung insbesondere vorteilhaft zerstörungsfrei erfolgen.It is also proposed that the at least one body unit is mounted at least partially movable on the at least one chassis unit. By "at least partially movably mounted" is to be understood in this context in particular that at least one component of the body unit at least by a predetermined deflection, which is at least substantially identical at each point of the component of the body unit, are deflected in at least one direction relative to the chassis unit can. Preferably, the body unit can be deflected by a deflection of at most 5%, preferably of at most 10% and more preferably by a maximum of 20% of an extension of the body unit in the direction of the deflection at least partially resiliently relative to the chassis unit. Particularly preferably, the body unit can be deflected in at least all directions of a plane parallel to a main extension plane of the autonomous implement. In this context, "at least substantially" in this context should be understood in particular to mean that a deviation from a predetermined value is in particular less than 25%, preferably less than 10% and particularly preferably less than 5% of the predetermined value. In this context, the term "at least partially elastically deflected" should be understood to mean that at least 20%, preferably at least 50%, and particularly preferably at least 80%, of an entire deflection takes place elastically. This can advantageously be a relative movement between the body unit and the chassis unit. Furthermore, a relative movement can be carried out in a particularly advantageous non-destructive manner.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Recheneinheit zu einer Berechnung einer relativen Beschleunigung über die Sensoreinheit zwischen der zumindest einen Karosserieeinheit und der zumindest einen Chassiseinheit vorgesehen ist. Dabei soll in diesem Zusammenhang unter einer „relativen Beschleunigung“ insbesondere eine Änderung einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen zwei Bezugssystemen verstanden werden. Vorzugsweise soll unter einer relativen Beschleunigung auch eine relative Verzögerung verstanden werden. Besonders bevorzugt soll in diesem Zusammenhang unter einer „Beschleunigung“ insbesondere eine Beschleunigung in Bewegungsrichtung und entgegen der Bewegungsrichtung, demnach eine Verzögerung, verstanden werden. Dadurch kann vorteilhaft eine relative Beschleunigung zwischen der Karosserieeinheit und der Chassiseinheit erfasst werden, wodurch vorteilhaft genau eine Kollision detektiert werden kann.It is further proposed that the computing unit is provided for calculating a relative acceleration via the sensor unit between the at least one body unit and the at least one chassis unit. In this context, a "relative acceleration" should be understood as meaning, in particular, a change in a speed difference between two reference systems. Preferably, a relative acceleration should also be understood to mean a relative deceleration. In this context, acceleration in the direction of movement and counter to the direction of movement, hence a deceleration, is to be understood in particular as "acceleration" in particular. As a result, a relative acceleration between the body unit and the chassis unit can advantageously be detected, as a result of which exactly exactly one collision can be detected.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Sensoreinheit dazu vorgesehen ist, eine Beschleunigung in zumindest zwei Richtungen getrennt zu detektieren. Vorzugsweise stehen die Richtungen senkrecht zueinander. Besonders bevorzugt weist die Sensoreinheit zumindest zwei senkrecht zueinander angeordnete Beschleunigungssensoren und/oder zumindest ein Beschleunigungssensor mit zumindest zwei senkrecht zueinander angeordneten Testmassen auf. Dadurch kann vorteilhaft bei einer Kollisionserkennung eine Lage eines Hindernisses erfasst werden.Furthermore, it is proposed that the at least one sensor unit is provided to separately detect an acceleration in at least two directions. Preferably, the directions are perpendicular to each other. Particularly preferably, the sensor unit has at least two acceleration sensors arranged perpendicular to one another and / or at least one acceleration sensor with at least two test masses arranged perpendicular to one another. This can advantageously be detected in a collision detection a location of an obstacle.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, einen Motorstrom zumindest eines Antriebsmotors zu überwachen. Unter einem „Motorstrom“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Leistung eines Motors verstanden werden. Vorzugsweise soll darunter insbesondere ein Verlauf einer Leistung des Motors verstanden werden. Besonders bevorzugt soll darunter ein Verlauf eines Stroms des Motors verstanden werden. Ferner soll in diesem Zusammenhang unter einem „Antriebsmotor“ insbesondere eine elektrische und/oder mechanische und/oder pneumatische Motoreinheit verstanden werden, die in einem Betrieb vorteilhaft zur Erzeugung einer Drehbewegung vorgesehen ist. Es sind verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Antriebseinheiten denkbar, vorteilhaft soll darunter jedoch insbesondere ein Elektromotor verstanden werden. Dadurch kann vorteilhaft eine Veränderung des Motorstroms erfasst werden, wodurch besonders vorteilhaft auf eine Kollision rückgeschlossen werden kann.It is also proposed that the arithmetic unit is intended to monitor a motor current of at least one drive motor. A "motor current" is to be understood in this context in particular a power of an engine. Preferably, this is to be understood as meaning, in particular, a profile of a performance of the engine. Particularly preferred is to be understood as a course of a current of the motor. Furthermore, in this context, a "drive motor" should be understood to mean, in particular, an electrical and / or mechanical and / or pneumatic motor unit which is in operation is advantageously provided for generating a rotational movement. There are various, the expert appears reasonable sense drive units conceivable, but should be understood in particular an electric motor. As a result, a change in the motor current can advantageously be detected, as a result of which a collision can be deduced particularly advantageously.
Des Weiteren wird ein Verfahren mit einem autonomen Arbeitsgerät, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen autonomen Arbeitsgerät, mit zumindest einer Kollisionserkennungsvorrichtung, die eine Sensoreinheit aufweist, vorgeschlagen, wobei bei einem Auftreffen auf ein Hindernis über die Kollisionserkennungsvorrichtung eine hervorgerufene Verzögerung sensiert wird. Dadurch kann besonders schnell und vorteilhaft eine Kollision erfasst werden.Furthermore, a method with an autonomous implement, in particular with an autonomous implement according to the invention, with at least one collision detection device, which has a sensor unit proposed, is sensed when hitting an obstacle on the collision detection device, an induced delay. As a result, a collision can be detected particularly quickly and advantageously.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass aus einer Differenz, einer von der Sensoreinheit detektierten Beschleunigung des autonomen Arbeitsgeräts bezüglich des Untergrunds und einer von einem Drehzahlsensor gemessenen Beschleunigung eines Antriebsrads des autonomen Arbeitsgeräts, eine Verzögerung berechnet wird. Unter einem „Drehzahlsensor“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Sensor verstanden werden, welcher eine Zahl von Umdrehungen misst. Vorzugsweise ist der Drehzahlsensor von einem optischen und/oder besonders vorteilhaft von einem magnetischen Sensor gebildet. Besonders bevorzugt ist der Drehzahlsensor von einem odometrischen Drehzahlsensor gebildet. Dabei soll unter einem „optischen Sensor“ insbesondere ein Sensor verstanden werden, der über zumindest eine optische Markierung und/oder eine optische Linse eine Anzahl von Umdrehungen misst. Ferner soll in diesem Zusammenhang unter einem „magnetischen Sensor“ insbesondere ein Sensor verstanden werden, der über zumindest ein Sensorelement, vorzugsweise über zumindest ein Hall-Sensorelement, eine Änderung einer Magnetfeldrichtung zumindest eines Magnetelements, vorzugsweise eines Magnetpolrads detektiert und daraus eine Drehzahl ableitet. Dadurch kann besonders vorteilhaft und kostengünstig eine Kollision detektiert werden.It is further proposed that a delay is calculated from a difference, an acceleration of the autonomous implement with respect to the ground detected by the sensor unit and an acceleration of a drive wheel of the autonomous implement measured by a rotational speed sensor. A "speed sensor" should be understood in this context, in particular a sensor which measures a number of revolutions. Preferably, the speed sensor is formed by an optical and / or particularly advantageous from a magnetic sensor. Particularly preferably, the rotational speed sensor is formed by an odometric rotational speed sensor. In this case, an "optical sensor" is to be understood as meaning, in particular, a sensor which measures a number of revolutions via at least one optical marking and / or an optical lens. Furthermore, in this context, a "magnetic sensor" should be understood to mean, in particular, a sensor which detects at least one sensor element, preferably via at least one Hall sensor element, a change in a magnetic field direction of at least one magnetic element, preferably a magnetic pole wheel, and derives a rotational speed therefrom. As a result, a collision can be detected in a particularly advantageous and cost-effective manner.
Zeichnungdrawing
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, two embodiments of the invention are shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigen:Show it:
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Das autonome Arbeitsgerät
Die Karosserieeinheit
Die Karosserieeinheit
Die Recheneinheit
Die Sensoreinheit
Des Weiteren ist die Recheneinheit
Während eines Betriebs des autonomen Arbeitsgeräts
In den
Die Recheneinheit
Die Sensoreinheit
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