JP2005151043A - データ収集システム及びデータ転送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 単純な構成で、通信によるノイズの影響を受けることなく複数のデータを効率的に収集することが可能なデータ収集システムを提供する。
【解決手段】 データ収集システムは、データ収集装置、及び、カスケード接続によりデータ収集装置に接続された複数のデータ処理装置を備える。各データ処理装置は、例えばＡ／Ｄ変換その他のデータ処理を個別に行い、データ処理により得られたデータをデータ転送信号に乗せてカスケード接続された下流のデータ処理装置へ順次転送する。カスケード接続の先頭のデータ処理装置は、データ処理期間及び通信期間を含むデータ転送信号を生成して後段のデータ処理装置へ送信する。データ処理装置の各々は、データ処理期間内にデータ処理を実行し、データ処理により得られたデータを、データ転送信号に基づいて通信期間内に後段のデータ処理装置へ転送する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のデータ処理装置から出力されるデータを収集するデータ収集システムに関する。

複数のセンサなどにより検出されたデータを１つのデータ解析装置などに転送して解析を行う場合、一般的には、センサからの検出データを出力する複数のデータ出力装置及びデータ解析装置を共通のバスに接続してデータ収集システムが構成される。この場合、データ解析装置はホストとして機能し、各データ出力装置をアドレスなどにより指定することにより、各データ出力装置から個別にデータを取得する。よって、複数のデータ出力装置からリアルタイムにデータを取得するためには、データ解析装置の制御下で複数のデータ出力装置が割り込み処理によりデータ転送を行う。

このため、個々のデータ出力装置はセンサから検出データを取り込むとともに、割り込み処理によりその検出データを転送することが要求される。例えばセンサとしてアナログセンサが利用される場合、データ出力装置はセンサから出力されるアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換して転送することが必要となり、各データ出力装置に要求される処理負荷が大きくなる。また、他のデータ出力装置からデータ解析装置へのデータ転送中に、センサからのアナログ検出データに対してＡ／Ｄ変換などの処理を行う場合、他のデータ出力装置によるデータ転送に起因して発生するノイズによりＡ／Ｄ変換精度が低下するなどの問題も生じうる。

なお、上記のように複数のデータ出力装置を共通のバスに接続するのではなく、いわゆるカスケード接続あるいはディジーチェーン接続してデータ転送を行う方法が、例えば特許文献１及び２に記載されている。

特開２００１−１４５０９３号公報 特開２００１−２５１６０９号公報

本発明が解決しようとする課題には、上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、単純な構成で、通信によるノイズの影響を受けることなく複数のデータを効率的に収集することが可能なデータ収集システムを提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、データ収集装置、及び、カスケード接続により前記データ収集装置に接続された複数のデータ処理装置を備えるデータ収集システムであって、前記データ処理装置の各々は、繰り返されるデータ処理期間と通信期間を共用し、前記データ処理期間内に個々にデータ処理を実行し、前記通信期間内に前記データ処理により得られたデータを前段のデータ処理装置より受けるデータ転送信号に付加してに後段のデータ処理装置へ転送することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、カスケード接続された複数のデータ処理装置間において実行されるデータ転送方法であって、前記カスケード接続の先頭のデータ処理装置は、データ処理期間及び通信期間を含むデータ転送信号を生成して後段のデータ処理装置へ送信し、 前記データ処理装置の各々は、前記データ処理期間内にデータ処理を実行し、前記データ処理により得られたデータを前記データ転送信号に基づいて前記通信期間内に後段のデータ処理装置へ転送することを特徴とする。

本発明の好適な実施形態では、データ収集装置、及び、カスケード接続により前記データ収集装置に接続された複数のデータ処理装置を備えるデータ収集システムにおいて、前記データ処理装置の各々は、繰り返されるデータ処理期間と通信期間を共用し、データ処理期間内に個々にデータ処理を実行し、前記通信期間内に前記データ処理により得られたデータを前段のデータ処理装置より受けるデータ転送信号に付加して後段のデータ処理装置へ転送する。

各データ処理装置は、例えばＡ／Ｄ変換その他のデータ処理を個別に行い、データ処理により得られたデータをデータ転送信号に乗せてカスケード接続された下流のデータ処理装置へ順次転送する。より具体的には、カスケード接続の先頭のデータ処理装置は、データ収集システム全体のデータ処理期間と通信期間を規定するために、周期的にデータ処理期間の開始情報を送信すると共に、周期的にデータ送信期間の開始情報を送信する。

この際、データ転送信号はデータ処理期間及び通信期間を含む。データ処理期間においてはすべてのデータ処理装置はデータ処理を行い、下流のデータ処理装置へのデータ転送は行わない。これにより、すべてのデータ処理装置におけるデータ処理に対して、データ転送に起因するノイズが悪影響を及ぼすことが防止できる。一方、通信期間においては、各データ処理装置はデータ処理により得たデータを順に送信する。よって、各データ処理装置は、ノイズの影響を受けずにデータ処理を行うとともに、その結果を効率的にデータ収集装置へ転送することができる。

データ転送信号中のデータ処理期間を、複数のデータ処理装置による最大データ処理時間より長く設定することにより、全てのデータ処理装置が個々にデータ処理を完了してから、通信期間におけるデータ転送を開始することが可能となる。

また、データ転送信号中の通信期間は、複数のデータ処理装置の各々に割り当てられた個別通信期間を含むことができる。各データ処理装置は、自己に割り当てられた個別通信期間内にデータ転送を行うので、データ収集装置は複数のデータ処理装置から転送されたデータを正しく分別することができる。個別通信期間を通信期間内に連続的に割り当てることにより、通信期間を無駄なく利用することができる。

好適な実施例では、データ処理装置の各々は、データ処理としてＡ／Ｄ変換を実行するＡ／Ｄ変換器を備えることができる。より具体的には、データ処理装置の各々はアナログセンサに接続され、データ処理として、アナログセンサから出力されるアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換する。各データ処理装置内におけるＡ／Ｄ変換処理中には、データ転送は行われないので、データ転送により生じるノイズによりＡ／Ｄ変換精度が低下することを防止できる。

また、カスケード接続された先頭のデータ処理装置は、データ処理期間及び通信期間の合計より長い周期でデータ転送信号を周期的に送信することが好ましい。これにより、データ収集システムは各データ処理装置から正確なデータを周期的に取得することができる。

また、本発明の他の好適な実施形態によれば、カスケード接続された複数のデータ処理装置間において実行されるデータ転送方法において、前記カスケード接続の先頭のデータ処理装置は、データ処理期間及び通信期間を含むデータ転送信号を生成して後段のデータ処理装置へ送信し、前記データ処理装置の各々は、前記データ処理期間内にデータ処理を実行し、前記データ処理により得られたデータを前記データ転送信号に基づいて前記通信期間内に後段のデータ処理装置へ転送する。このデータ転送方法により、上記のデータ収集システムと同様に、各データ処理装置において正確にデータ処理を行うとともに、効率的にそのデータを他の装置へ転送することができる。

以下、本発明の好適な実施例について図面を参照して説明する。図１に本発明の実施例に係るデータ収集システムを適用したロボットアーム制御システムの概略構成を示す。

図１において、ロボットアーム制御システム１００は、複数のロボットアームの位置制御を行うシステムであり、本例では３つのロボットアーム２４ａ〜２４ｃを制御する。即ち、ロボットアーム制御システム１００は、図示のように、データ処理装置１０ａ〜１０ｃ、センサ２２ａ〜２２ｃ、ロボットアーム２４ａ〜２４ｃ、アクチュエータ２６ａ〜ｓ６ｃ、データ収集・解析装置２、及びコントローラ３を備える。

各ロボットアーム２４ａ〜２４ｃは、例えば空気圧を利用したアクチュエータ２６ａ〜２６ｃによりその位置が制御される。各アクチュエータ２６ａ〜２６ｃは、コントローラ３により制御される。

ロボットアーム２４ａ〜２４ｃの位置は、センサ２２ａ〜２２ｃによりそれぞれ検出される。本実施例では、各センサ２２ａ〜２２ｃはロボットアーム２４ａ〜２４ｃの位置を検出するためのアナログセンサとして構成され、検出したロボットアーム２４ａ〜２４ｃの位置を示すアナログ検出信号を各データ処理装置１０ａ〜１０ｃへ出力する。

データ処理装置１０ａ〜１０ｃは、センサ２２ａ〜２２ｃから供給された、ロボットアーム２４ａ〜２４ｃの位置を示すアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル検出信号として出力する。

データ処理装置１０ａ〜１０ｃは、一般的にカスケード接続（あるいはディジーチェーンともいう）と呼ばれるシリアル接続方式により、データ収集・解析装置２に接続されている。即ち、カスケード接続の先頭に位置するデータ処理装置１０ａはデータ転送信号Ｓａを後段のデータ処理装置１０ｂに供給し、データ処理装置１０ｂはデータ転送信号Ｓｂをさらに後段のデータ処理装置１０ｃに供給する。データ処理装置１０ｃは、データ転送信号Ｓｃをデータ収集・解析装置２へ供給する。

詳細は後述するが、データ処理装置１０ａ〜１０ｃは、センサ２２ａ〜２２ｃに対応するデジタル検出信号Ｄａ〜Ｄｃをそれぞれデータ転送信号Ｓａ〜Ｓｃに付加して後段のデータ処理装置１０又はデータ収集・解析装置２へ送る。こうして、センサ２２ａ〜２２ｃに対応するデジタル検出信号Ｄａ〜Ｄｃはデータ収集・解析装置２により収集され、データ解析が行われる。本実施例では、データ収集・解析装置２は、収集したデジタル検出信号Ｄａ〜Ｄｃに基づいて各センサ２２ａ〜２２ｃの位置を解析し、その結果に応じて、各ロボットアーム２４ａ〜２４ｃの位置制御量をコントローラ３へ出力する。コントローラ３は、データ収集・解析装置２から取得した各センサ２２ａ〜２２ｃの位置制御量に基づいて各アクチュエータ２６ａ〜２６ｃを駆動し、各ロボットアーム２４ａ〜２４ｃの位置を制御する。本実施例では、こうしてロボットアーム２４ａ〜２４ｃの位置がフィードバック制御される。そして、このようなデジタル検出信号Ｄａ〜Ｄｃの検出、データ収集および解析による位置制御を繰り返し周期的に実行する。

次に、データ処理装置１０ａ〜１０ｃの内部構成について説明する。図２（ａ）はカスケード接続の先頭に位置するデータ処理装置１０ａの内部構成を示し、図２（ｂ）はその後段に位置するデータ処理装置１０ｂ及び１０ｃの内部構成を示す。

図２（ａ）に示すように、データ処理装置１０ａは、Ａ／Ｄ変換器１６と、通信部１４と、制御用のＣＰＵ１２とを備える。Ａ／Ｄ変換器１６は、センサ２２ａから供給されたアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル検出信号Ｄａを生成する。ＣＰＵ１２は、カスケード接続されたデータ処理装置１０ａ〜１０ｃを通じてデジタル検出信号Ｄａ〜Ｄｃを送信するためのデータ転送信号を生成するとともに、必要に応じてデータ転送信号にデジタル検出信号Ｄａを付加する。通信部１４は、ＣＰＵ１２の制御下でデータ転送信号を後段のデータ処理装置１０ｂへ送信する。

一方、後段のデータ処理装置１０ｂ及び１０ｃは、図２（ｂ）に示すように、ＣＰＵ１２と、通信部１４及び１５と、Ａ／Ｄ変換器１６とを備える。即ち、データ処理装置１０ｂ及び１０ｃは、データ処理装置１０ａの構成に加えて、カスケード接続の上流側に位置するデータ処理装置１０ａ又は１０ｂとの間の通信を実行するための通信部１５を備えている。

Ａ／Ｄ変換器１６は、データ処理装置１０ａと同様に、対応するセンサ２２ｂ又は２２ｃから供給されるアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル検出信号Ｄｂ又はＤｃを生成する。通信部１５は、前段のデータ処理装置１０ａ又は１０ｂからデータ転送信号Ｓａ又はＳｂを受信する。ＣＰＵ１２は、データ転送信号Ｓａ又はＳｂにＡ／Ｄ変換器１６が生成したデジタル検出信号Ｄｂ又はＤｃを付加して通信部１４へ供給し、通信部１４はデータ転送信号Ｓｂ又はＳｃを出力する。なお、データ処理装置１０ｂはデータ転送信号Ｓｂを後段のデータ処理装置１０ｃに供給し、データ処理装置１０ｃはデータ転送信号Ｓｃをデータ収集・解析装置２へ供給することになる。

次に、カスケード接続された複数のデータ処理装置１０ａ〜１０ｃ間におけるデータ転送方法の詳細について図３を参照して説明する。図３は、データ処理装置１０ａ〜１０ｃ間で通信されるデータ転送信号を示すタイミングチャートである。なお、図１に示すように、データ処理装置１０ａから出力された状態のデータ転送信号をＳａとし、データ処理装置１０ｂから出力された状態のデータ転送信号をＳｂとし、データ処理装置１０ｃから出力された状態のデータ転送信号をＳｃとして示すこととする。

本実施例では、カスケード接続の先頭に位置するデータ処理装置１０ａがデータ転送信号を生成する。ここで、本発明では、データ転送信号が図３に示すようにデータ処理期間Ｔｐと通信期間Ｔｄｔとを含んで構成される点に特徴を有する。データ処理期間Ｔｐは各データ処理装置１０ａ〜１０ｃがデータ処理を実行する期間であり、各データ処理装置１０ａ〜１０ｃはデータの通信（転送）を行わない。即ち、データ処理期間Ｔｐは各データ処理装置がデータ処理のみを実行するための期間として設定される。本実施例では、このデータ処理は、Ａ／Ｄ変換器１６によるアナログ検出信号のＡ／Ｄ変換処理である。このようにデータ処理装置１０ａ〜１０ｃはデータ処理期間Ｔｐと通信期間Ｔｄｔを共用し、データ処理期間Ｔｐと通信期間Ｔｄｔは周期的に繰り返し実行される。

図３（ａ）は、データ処理期間Ｔｐにおいて各データ処理装置１０ａ〜１０ｃから出力されるデータ転送信号波形を示している。データ処理期間Ｔｐでは、各データ処理装置１０ａ〜１０ｃからのデータ出力が禁止されているので、通信期間Ｔｄｔに対応する位置には出力データは含まれていない。

このように、各データ処理装置１０ａ〜１０ｃがデータ転送を行わず、個々にデータ処理のみに専念するデータ処理期間Ｔｐをデータ転送信号Ｓに設けることにより、各データ処理装置におけるデータ処理に対してデータ通信により生じうるノイズの影響が及ぶことを防止することができる。例えば本実施例におけるＡ／Ｄ変換についても、あるデータ処理装置がＡ／Ｄ変換処理を実行している間に他のデータ処理装置がデータ通信を実行すると、そのデータ通信により生じるノイズの影響がＡ／Ｄ変換処理に及び、Ａ／Ｄ変換精度が低下することがある。本実施例のように、データ処理としてのＡ／Ｄ変換処理の対象がセンサ２２のアナログ検出信号であるような場合は、通信によるノイズの影響で検出量が変化してしまうことがあり、システム全体の制御に悪影響を与える。この点、上述のように、データ処理期間Ｔｐを設け、その期間内は全てのデータ処理装置が通信を行わないようにすることにより、各データ処理装置内においてデータ処理を高精度で行うことが可能となる。

従って、データ処理期間Ｔｐは、複数のデータ処理装置１０ａ〜１０ｃにおいて行われるデータ処理のうち、最大の所要時間よりも長く設定される。これにより、全てのデータ処理装置が個々にデータ処理を完了するまでの間にデータ通信が開始されることが防止される。

一方、通信期間Ｔｄｔは、各データ処理装置１０ａ〜１０ｃが順にデータを転送するための期間として設定される。そして、通信期間Ｔｄｔは、各データ処理装置１０ａ〜１０ｃ毎に割り当てられた個別通信期間Ｔａ〜Ｔｃと、マージン期間Ｔｍとを含む。通信期間Ｔｄｔはデータ転送専用の期間であるが、各データ処理装置１０ａ〜１０ｃが無秩序にデータ送信を行うと、データ収集・解析装置２は受信したデータがどのデータ処理装置から送信されたかを識別することができない。そのため、通信期間Ｔｄｔ内に個別通信期間Ｔａ〜Ｔｃを設定している。即ち、データ処理装置１０ａは個別通信期間Ｔａ内にデータ転送を行い、データ処理装置１０ｂは個別通信期間Ｔｂ内にデータ転送を行い、データ処理装置１０ｃは個別通信期間Ｔｃ内にデータ転送を行うこととする。これにより、データ収集・解析装置２は、各個別通信期間に属する転送データを、その個別通信期間に対応するデータ処理装置１０から送信されたデータであると分別することができる。

図３（ｂ）〜（ｄ）は、通信期間Ｔｄｔ内において各データ処理装置１０ａ〜１０ｃから出力されるデータ転送信号Ｓａ〜Ｓｃのデータ内容を模式的に示す。データ処理装置１０ａから出力されるデータ転送信号Ｓａにはデジタル検出信号Ｄａが含まれており、データ処理装置１０ｂから出力されるデータ転送信号Ｓｂにはさらにデジタル検出信号Ｄｂが付加されている。データ処理装置１０ｃから出力されるデータ転送信号Ｓｃにはさらにデジタル検出信号Ｄｃが付加されている。また、図３（ｅ）は図３（ｄ）に示すデータ転送信号Ｓｃの波形例を示す。

各個別通信期間Ｔａ〜Ｔｃの長さ（時間幅）は、各データ処理装置が出力するデータのデータ量に応じて決定される。即ち、出力データ量が大きいデータ処理装置には長い個別通信期間が与えられ、出力データ量が小さいデータ処理装置には短い個別通信期間が与えられる。なお、データ送信速度を一定とした場合、個別通信期間の長さ（時間幅）は、転送すべきデータ量により規定される。

個別通信期間の設定方法としては、まず、各データ処理装置からの出力データ量に基づいて対応する個別通信期間の時間幅（転送データ量）を決定し、通信期間Ｔｄｔ内に順に設定していけばよい。例えば、データ処理装置１０ａ及び１０ｂからの出力データ量が１２ビット、データ処理装置１０ｃからの出力データ量が１６ビットであると仮定すれば、通信期間Ｔｄｔの開始時刻ｔ１からデータ量１２ビット分に対応する期間、即ち時刻ｔ２までを個別通信期間Ｔａとし、時刻ｔ２からデータ量１２ビット分に対応する期間、即ち時刻ｔ３まで個別通信期間Ｔｂとする。さらに、時刻ｔ３からデータ量１６ビット分に対応する期間、即ち時刻ｔ４までを個別通信期間Ｔｃとすればよい。このように各個別通信期間を設定することにより、各データ処理装置１０ａ〜１０ｃはデータ転送信号Ｓの通信期間Ｔｄｔ内において、対応する個別通信期間内に自己の出力データ（デジタル検出信号Ｄａ〜Ｄｃ）を順に付加して下流側のデータ処理装置へ転送していき、全てのデータ処理装置からの出力データがカスケード接続を通じてデータ収集・解析装置２へ転送される。なお、マージン期間Ｔｍはデータ転送処理を安定して行うために設定される。

複数の個別通信期間は、時間軸上で連続して（即ち、隙間なく）設定することが好ましい。より具体的には、例えば図３の例では、個別通信期間Ｔａの終了後直ちに次の個別通信期間Ｔｂが開始するように各個別通信期間を設定する。これにより、効率的な通信が可能となる。

なお、カスケード接続の先頭に位置するデータ処理装置１０ａは、データ処理期間Ｔｐ及び通信期間Ｔｄｔの合計より長い周期でデータ転送信号を周期的に生成し、送信することになる。すなわち、データ処理装置１０ａはロボットアーム制御システム１００全体のデータ処理期間Ｔｐと通信期間Ｔｄｔを規定するために、周期的にデータ処理期間Ｔｐの開始情報を送信すると共に、周期的にデータ通信期間Ｔｄｔの開始情報を送信する。この開始情報送信のタイミングはデータ処理装置１０ａに備えた独自のタイマに基づいて行われる。

図３の例では、データ転送信号の通信期間Ｔｄｔ内において、カスケード接続の上流側のデータ処理装置１０ａから下流側のデータ処理装置１０ｃへという順序で個別通信期間が配置されているが、これは必須ではない。即ち、通信期間Ｔｄｔ内において、複数の個別通信期間が時間軸上で重ならないように設定されていれば、その順序は必ずしもカスケード接続の上流側のデータ処理装置から下流側のデータ処理装置へという順序でなくても構わない。

なお、上記の実施例では、本発明のデータ収集システムをロボットアーム制御システムに適用した例を説明したが、本発明の適用はこれには限られない。即ち、複数のデータ処理装置やデータ出力装置からの出力データをカスケード接続により所定の装置へ供給する各種のシステム、環境に対して本発明を適用することが可能である。

また、上記の実施例では、各データ処理装置において行われるデータ処理の例としてセンサからのアナログ出力信号のＡ／Ｄ変換処理を例示しているが、これに限らず、他の各種のデータ処理を実行するデータ処理装置に本発明を適用することができる。特に本発明では、データ処理期間を設定して、その期間におけるデータ転送を禁止しているので、ノイズに比較的敏感なデータ処理を行うデータ処理装置に対して適用することが特に効果的である。

本発明の実施例に係るデータ収集システムを適用したロボットアーム制御システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示すデータ処理装置の内部構成を示すブロック図である。 データ処理装置間のデータ転送信号を示すタイミングチャートである。

符号の説明

２ データ収集・解析装置
３ コントローラ
１０ａ〜１０ｃ データ処理装置
１２ ＣＰＵ
１４、１５ 通信部
１６ Ａ／Ｄ変換器
２２ａ〜２２ｃ センサ
２４ａ〜２４ｃ ロボットアーム
２６ａ〜２６ｃ アクチュエータ

Claims (9)

1. データ収集装置、及び、カスケード接続により前記データ収集装置に接続された複数のデータ処理装置を備えるデータ収集システムであって、
   
   前記データ処理装置の各々は、繰り返されるデータ処理期間と通信期間を共用し、前記データ処理期間内に個々にデータ処理を実行し、前記通信期間内に前記データ処理により得られたデータを前段のデータ処理装置より受けるデータ転送信号に付加してに後段のデータ処理装置へ転送することを特徴とするデータ収集システム。
2. 前記カスケード接続の先頭のデータ処理装置は、前記データ収集システム全体の前記データ処理期間と前記通信期間を規定するために、周期的にデータ処理期間の開始情報を送信すると共に、周期的にデータ送信期間の開始情報を送信することを特徴とする請求項１に記載のデータ収集システム。
3. 前記データ処理期間は、前記個々のデータ処理装置における最大データ処理時間より長いことを特徴とする請求項１又は２に記載のデータ収集システム。
4. 前記通信期間は、前記複数のデータ処理装置の各々に割り当てられた個別通信期間を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のデータ収集システム。
5. 前記個別通信期間は前記通信期間内に連続的に割り当てられていることを特徴とする請求項４に記載のデータ収集システム。
6. 前記データ処理装置の各々は、前記データ処理としてＡ／Ｄ変換を実行するＡ／Ｄ変換器を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のデータ収集システム。
7. 前記データ処理装置の各々はアナログセンサに接続されており、前記データ処理として、前記アナログセンサから出力されるアナログ検出信号をＡ／Ｄ変換することを特徴とする請求項６に記載のデータ収集システム。
8. 前記先頭のデータ処理装置は、前記データ処理期間及び前記通信期間の合計より長い周期で前記データ転送信号を周期的に送信することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のデータ収集システム。
9. カスケード接続された複数のデータ処理装置間において実行されるデータ転送方法であって、
   前記カスケード接続の先頭のデータ処理装置は、データ処理期間及び通信期間を含むデータ転送信号を生成して後段のデータ処理装置へ送信し、
   前記データ処理装置の各々は、前記データ処理期間内にデータ処理を実行し、前記データ処理により得られたデータを前記データ転送信号に基づいて前記通信期間内に後段のデータ処理装置へ転送することを特徴とするデータ転送方法。
   
   

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