JP2020161934A - 遠隔操作システム - Google Patents

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Abstract

【課題】一のオペレータが他のオペレータによる作業機械の遠隔操作態様を把握する観点から、適当な情報を当該一のオペレータに対して提供しうるシステムを提供する。【解決手段】第1遠隔操作装置10において、受動態様検知器112により第1作動機構111の受動態様が検知され、当該受動態様に応じた操作態様データが送信される。第2遠隔操作装置20において、操作態様データに応じた第1操作機構111の受動態様にしたがってアクチュエータ212の動作が制御され、これにより第2操作機構211が能動的に動作する。【選択図】図1

Description

本発明は、作業機械等を遠隔操作するためのシステムに関する。
作業機械を遠隔操作する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2016−076801号公報
しかし、作業機械の遠隔操作のスキルに劣る一のオペレータが、そのスキルを向上させる観点から、スキルに優れた他のオペレータによる作業機械の遠隔操作態様を把握することが好ましい。
そこで、本発明は、一のオペレータが他のオペレータによる作業機械の遠隔操作態様を把握する観点から、適当な情報を当該一のオペレータに対して提供しうるシステムを提供することを目的とする。
本発明の遠隔操作システムは、作動機構および当該作動機構の少なくとも一部を含む環境を撮像する撮像装置を有している作業機械と、前記作業機械を遠隔操作するための操作機構および前記作業機械の前記撮像装置により取得された撮像画像データに応じた環境画像を表示する画像表示装置を有している第1遠隔操作装置および第2遠隔装置と、を備えている遠隔操作システムであって、前記第1遠隔操作装置が、前記操作機構の受動態様を検知する受動態様検知器と、前記受動態様検知器により検知された当該操作機構の受動態様に応じた操作態様データを送信する第1クライアント制御装置と、を備え、前記第2遠隔操作装置が、前記操作機構を能動的に動作させるためのアクチュエータと、前記操作態様データを受信し、当該操作態様データに応じた前記第1遠隔操作装置における前記操作機構の受動態様にしたがって、前記アクチュエータの動作を制御する第2クライアント制御装置と、を備えていることを特徴とする。
当該構成の遠隔操作システムによれば、第1遠隔操作装置を通じて作業機械を操作する一のオペレータによる作業機械の遠隔操作態様、すなわち操作機構の操作態様を、第2遠隔操作装置を通じて作業機械を操作する他のオペレータに触覚を通じて把握させる観点から適当な情報として、第2遠隔操作装置における操作機構の能動的な動作態様が当該他のオペレータに対して提供される。
本発明の遠隔操作システムにおいて、前記第1遠隔操作装置が、オペレータによる前記操作機構の操作態様の様子を撮像する内側撮像装置をさらに備え、前記第1クライアント制御装置が、前記内側撮像装置により取得された撮像画像データを送信し、前記第2クライアント制御装置が、前記撮像画像データを受信し、当該撮像画像データに応じて前記オペレータによる前記操作機構の操作態様を表わす操作態様画像を前記画像出力装置に表示させることが好ましい。
当該構成の遠隔操作システムによれば、第1遠隔操作装置を通じて作業機械を操作する一のオペレータによる作業機械の遠隔操作態様、すなわち操作機構の操作態様を、第2遠隔操作装置を通じて作業機械を操作する他のオペレータに視覚を通じて把握させる観点から適当な情報として、当該一のオペレータによる操作機構の操作態様を表わす画像が当該他のオペレータに対して提供される。
本発明の遠隔操作システムにおいて、前記第2クライアント制御装置が、前記操作態様データに応じた、前記第1遠隔操作装置における前記操作機構の受動態様として当該操作機構の操作量を表わす操作態様画像を前記画像出力装置に表示させることが好ましい。
当該構成の遠隔操作システムによれば、第1遠隔操作装置を通じて作業機械を操作する一のオペレータによる作業機械の遠隔操作態様、すなわち操作機構の操作態様を、第2遠隔操作装置を通じて作業機械を操作する他のオペレータに視覚を通じて把握させる観点から適当な情報として、当該一のオペレータによる操作機構の操作態様のうち操作量を表わす画像が当該他のオペレータに対して提供される。
本発明の遠隔操作サーバは、作動機構および当該作動機構の少なくとも一部を含む環境を撮像する撮像装置を有している作業機械を遠隔操作するための操作機構、および、前記作業機械の前記撮像装置により取得された撮像画像データに応じた環境画像を表示する画像表示装置を有している第1遠隔操作装置および第2遠隔装置のそれぞれとの相互通信機能を有する遠隔操作サーバであって、前記第1遠隔操作装置において検知された前記操作機構の受動態様に応じた操作態様データを当該第1遠隔操作装置から受信する第1サーバ制御要素と、を備え、前記第2遠隔操作装置に対して前記操作態様データを送信することにより、前記第2遠隔祖操作装置において、当該操作態様データに応じた前記操作機構の受動態様にしたがって、前記操作機構を能動的に動作させるためのアクチュエータの動作を制御させる第2サーバ制御要素と、を備えていることを特徴とする。
当該構成の遠隔操作サーバによれば、第1遠隔操作装置を通じて作業機械を操作する一のオペレータによる作業機械の遠隔操作態様、すなわち操作機構の操作態様を、第2遠隔操作装置を通じて作業機械を操作する他のオペレータに触覚を通じて把握させる観点から適当な情報として、第2遠隔操作装置における操作機構の能動的な動作態様が当該他のオペレータに対して提供される。
本発明の一実施形態としての遠隔操作システムの構成に関する説明図。 作業機械の構成に関する説明図。 第1遠隔操作装置の構成に関する説明図。 本発明の一実施形態としての遠隔操作システムの機能に関する説明図。 第1画像出力装置における画像出力態様に関する説明図。 第2画像出力装置における画像出力態様に関する説明図。 操作態様画像の第1例に関する説明図。 操作態様画像の第2例に関する説明図。 本発明の他の実施形態としての遠隔操作システムに関する説明図。
(構成)
図1に示されている本発明の一実施形態としての遠隔操作システムは、第1遠隔操作装置10と、第2遠隔操作装置20と、作業機械40と、を備えている。共通の作業機械40の遠隔操作主体は、第1遠隔操作装置10および第2遠隔操作装置20の間で切り替え可能である。
(作業機械の構成)
作業機械40は、作業機械制御装置400と、撮像装置401(外側撮像装置)と、無線通信機器402と、作動機構440と、を備えている。作業機械制御装置400は、演算処理装置(シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア)により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。

作業機械40は、例えばクローラショベル(建設機械)であり、図2に示されているように、クローラ式の下部走行体410と、下部走行体410に旋回機構430を介して旋回可能に搭載されている上部旋回体420と、を備えている。上部旋回体420の前方左側部にはキャブ(運転室)422が設けられている。上部旋回体220の前方中央部には作業アタッチメント440が設けられている。
作動機構としての作業アタッチメント440は、上部旋回体420に起伏可能に装着されているブーム441と、ブーム441の先端に回動可能に連結されているアーム443と、アーム443の先端に回動可能に連結されているバケット445と、を備えている。作業アタッチメント440には、伸縮可能な油圧シリンダにより構成されているブームシリンダ442、アームシリンダ444およびバケットシリンダ446が装着されている。
ブームシリンダ442は、作動油の供給を受けることにより伸縮してブーム441を起伏方向に回動させるように当該ブーム441と上部旋回体420との間に介在する。アームシリンダ444は、作動油の供給を受けることにより伸縮してアーム443をブーム441に対して水平軸回りに回動させるように当該アーム443と当該ブーム441との間に介在する。バケットシリンダ446は、作動油の供給を受けることにより伸縮してバケット445をアーム443に対して水平軸回りに回動させるように当該バケット445と当該アーム443との間に介在する。
撮像装置401は、例えばキャブ422の内部に設置され、キャブ422のフロントウィンドウ越しに作動機構440の少なくとも一部を含む環境を撮像する。

第1遠隔操作装置10を構成する操作レバー(後述)に対応する実機側操作レバーと、遠隔操作室から各操作レバーの操作態様に応じた信号を受信し、当該受信信号に基づいて実機操作レバーを動かす駆動機構またはロボットと、がキャブ422に設けられている。
(第1遠隔操作装置の構成)
第1遠隔装置10は、第1クライアント制御装置100と、第1入力インターフェース110と、第1出力インターフェース120と、を備えている。第1クライアント制御装置100は、演算処理装置(シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア)により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。第1入力インターフェース110は、第1操作機構111と、受動態様検知器112と、を備えている。第1出力インターフェース120は、第1画像出力装置121と、第1無線通信機器122と、を備えている。

第1操作機構111には、走行用操作装置と、旋回用操作装置と、ブーム用操作装置と、アーム用操作装置と、バケット用操作装置と、が含まれている。各操作装置は、回動操作を受ける操作レバーを有している。走行用操作装置の操作レバー(走行レバー)は、下部走行体410を動かすために操作される。走行レバーは、走行ペダルを兼ねていてもよい。例えば、走行レバーの基部または下端部に固定されている走行ペダルが設けられていてもよい。旋回用操作装置の操作レバー(旋回レバー)は、旋回機構430を構成する油圧式の旋回モータを動かすために操作される。ブーム用操作装置の操作レバー(ブームレバー)は、ブームシリンダ442を動かすために操作される。アーム用操作装置の操作レバー(アームレバー)はアームシリンダ444を動かすために操作される。バケット用操作装置の操作レバー(バケットレバー)はバケットシリンダ446を動かすために操作される。
第1操作機構111を構成する各操作レバーは、例えば、図3に示されているように、オペレータが着座するためのシート1100の周囲に配置されている。シート1100は、アームレスト付きのハイバックチェアのような形態であるが、ヘッドレストがないローバックチェアのような形態、または、背もたれがないチェアのような形態など、オペレータが着座できる任意の形態でもよい。
シート1100の前方に左右のクローラに応じた左右一対の走行レバー1110が左右横並びに配置されている。一の操作レバーが複数の操作レバーを兼ねていてもよい。例えば、図3に示されているシート1100の右側フレームの前方に設けられている右側操作レバー1111が、前後方向に操作された場合にブームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合にバケットレバーとして機能してもよい。同様に、図3に示されているシート1100の左側フレームの前方に設けられている左側操作レバー1112が、前後方向に操作された場合にアームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合に旋回レバーとして機能してもよい。レバーパターンは、オペレータの操作指示によって任意に変更されてもよい。
第1画像出力装置121は、例えば図3に示されているように、シート1100の右斜め前方、前方および左斜め前方のそれぞれに配置された右斜め前方画像出力装置1211、前方画像出力装置1212および左斜め前方画像出力装置1213により構成されている。当該画像出力装置1211〜1213は、スピーカ(音声出力装置)をさらに備えていてもよい。
受動態様検知器112は、例えば、一対の走行レバー1110、右側操作レバー1111および左側操作レバー1112のそれぞれを撮像範囲とするようにキャブ422の内部に設置された一または複数の撮像装置1121(内側撮像装置)により構成されている。
操作レバーを操作量0に対応する元の位置および姿勢に復元させるように作用するばねまたは弾性部材により構成される付勢機構の変形量または変位量に応じた信号を出力するセンサと、当該センサの出力信号に基づいて上部旋回体420を上方から見て反時計回りにある速度で旋回させるために旋回レバーが操作されたことのほか、ブーム、アームおよびバケット等が操作されたことを推定する演算処理装置と、により受動態様検知器112が構成されていてもよい。
実機側操作レバーの操作量に応じたパイロット圧に応じた信号を出力するパイロット圧センサと、当該パイロット圧センサの出力信号に基づいて上部旋回体420を上方から見て反時計回りにある速度で旋回させるために旋回レバーが操作されたことのほか、ブーム、アームおよびバケット等が操作されたことを推定する演算処理装置と、により受動態様検知器112が構成されていてもよい。

(第2遠隔操作装置の構成) 第2遠隔操作装置20は、第2クライアント制御装置200と、第2入力インターフェース210と、第2出力インターフェース220と、を備えている。第2クライアント制御装置200は、演算処理装置(シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア)により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。第2入力インターフェース210は、第2操作機構211と、アクチュエータ212と、を備えている。第2出力インターフェース220は、第2画像出力装置221と、第2無線通信機器222と、を備えている。

アクチュエータ212は、第2操作機構211を能動的に駆動するためのアクチュエータであり、電動式、油圧式または気圧式のアクチュエータにより構成されている。第2遠隔操作装置20のその他の構成は、受動態様検知器112が省略されていること、および、後述する第2クライアント制御装置200の機能のほかは第1遠隔操作装置10の構成とほぼ同様であるため、説明を省略する(図3参照)。
(機能)
第1遠隔操作装置10において、第1オペレータにより所定の操作が行われる(図4/STEP102)。所定の操作は、例えば、第1入力インターフェース110または第1操作機構111を構成するボタンまたは操作レバーの操作である。これに応じて、第1クライアント制御装置100により、第1無線通信機器122を通じて、第1遠隔操作装置10から作業機械40に対して操作開始指令が送信される(図4/STEP104)。
同様に、第2遠隔操作装置20において、第2オペレータにより所定の操作が行われる(図4/STEP202)。所定の操作は、例えば、第2入力インターフェース210または第2操作機構211を構成するボタンまたは操作レバーの操作である。これに応じて、第2クライアント制御装置200により、第2無線通信機器222を通じて、第2遠隔操作装置20から作業機械40に対して操作開始指令が送信される(図4/STEP204)。
作業機械40において、作業機械制御装置400により無線通信機器402を通じて操作開始指令が受信される(図4/STEP402)。これに応じて、作業機械制御装置400が撮像装置401に指令を出力し、当該指令に応じて撮像装置401により撮像画像データが取得される(図4/STEP404)。作業機械制御装置400により、無線通信機器402を通じて、当該撮像画像を表わす撮像画像データが第1遠隔操作装置10および第2遠隔操作装置20に対して送信される(図4/STEP406)。
第1遠隔操作装置10において、第1クライアント制御装置100により、第1無線通信機器122を通じて撮像画像データが受信される(図4/STEP106)。第1クライアント制御装置100により、撮像画像データに応じた環境画像(撮像画像そのものの全部または一部またはこれに基づいて生成された模擬的な環境画像)が第1画像出力装置121に表示される(図4/STEP108)。同様に、第2遠隔操作装置20において、第2クライアント制御装置200により、第2無線通信機器122を通じて撮像画像データが受信される(図4/STEP206)。第2クライアント制御装置200により、撮像画像データに応じた環境画像が第2画像出力装置221に表示される(図4/STEP208)。これにより、例えば、図5Aに示されているように、作動機構としての作業アタッチメント440の一部であるブーム441、アーム443、バケット445およびアームシリンダ444が含まれている環境画像が第1画像出力装置121および第2画像出力装置221のそれぞれに表示される。
第1遠隔操作装置10において、第1オペレータにより第1操作機構111が操作され(図4/STEP110)、これに応じて、第1クライアント制御装置100により、第1無線通信機器122を通じて、当該操作態様に応じた操作指令が作業機械40に対して送信される(図4/STEP112)。
作業機械40において、作業機械制御装置400により無線通信機器402を通じて操作指令が受信される(図4/STEP408)。これに応じて、作業機械制御装置400により、作業アタッチメント440等の動作が制御される(図4/STEP410)。例えば、バケット445により作業機械40の前方の土をすくい、上部旋回体410を旋回させたうえでバケット445から土を落とす作業が実行される。
第1遠隔操作装置10において、受動態様検知器112により第1オペレータの操作による第1操作機構111の受動態様が検知される(図4/STEP114)。第1クライアント制御装置100により、第1無線通信機器122を通じて、当該受動態様検知結果に応じた操作態様データが第2遠隔操作装置20に対して送信される(図4/STEP116)。
第2遠隔操作装置20において、第2クライアント制御装置200により、第2無線通信機器222を通じて操作態様データが受信される(図4/STEP210)。第2クライアント制御装置200により、当該操作態様データにしたがってアクチュエータ212の動作が制御され、第2操作機構211が能動的に駆動される(図4/STEP212)。これにより、第1遠隔操作装置10における第1オペレータによる第1操作機構111の操作態様または受動態様が、第2遠隔操作装置20において第2操作機構211の能動態様として再現される。
さらに、第2クライアント制御装置200により、操作態様データに応じた操作態様画像が第2画像出力装置221に表示される(図4/STEP214)。これにより、例えば、図5Bに示されているように、作動機構としての作業アタッチメント440の一部であるブーム441、アーム443、バケット445およびアームシリンダ444が含まれている環境画像の上に、操作態様画像Sが重畳されて第2画像出力装置221に表示される。
環境画像から外れた位置に操作態様画像が表示されてもよい。環境画像画像が前方画像出力装置1212に表示され、操作態様画像が右斜め前方画像出力装置1211または左斜め前方画像出力装置1213に表示されるなど(図3参照)、環境画像および操作態様画像のそれぞれが別個の画像出力装置に表示されてもよい。
例えば、図6Aに示されているように、右側操作レバー1111およびこれを動かす第1オペレータの右手RHを上方から見た画像、ならびに、左側操作レバー1112およびこれを動かす第1オペレータの左手LHを上方から見た画像が操作態様画像に含まれている。当該画像は、受動態様検知器112を構成する撮像装置により取得された撮像画像の一部が切り出されて生成されてもよく、撮像画像または受動態様検知結果に基づいて生成された模擬的な画像であってもよい。また、右側操作レバー1111の基準状態から前後への傾動角度θx1および左右への傾動角度θy1、ならびに、左側操作レバー1112の基準状態から前後への傾動角度θx2および左右への傾動角度θy2のそれぞれの数値を表わす操作態様画像が操作態様画像に含まれている。操作態様画像において操作量の表現が省略されてもよい。
図6Bに示されているように、左側操作レバー1112を左および後のそれぞれから見た画像が操作態様画像に含まれている。当該画像は、受動態様検知器112を構成する撮像装置により取得された撮像画像データに応じた撮像画像の一部が切り出されて生成されてもよく、撮像画像または受動態様検知結果に基づいて生成された模擬的な画像であってもよい。また、左側操作レバー1112の基準状態から前後への傾動角度θx2および左右への傾動角度θy2のそれぞれの数値を表わす操作態様画像が操作態様画像に含まれている。同様に、右側操作レバー1111を右および後のそれぞれから見た画像が操作態様画像に含まれていてもよい。操作態様画像において操作量の表現が省略されてもよい。
(効果)
当該構成の遠隔操作システムによれば、第1遠隔操作装置10を通じて作業機械40を操作する第1オペレータによる作業機械40の遠隔操作態様、すなわち第1操作機構111の操作態様を、第2遠隔操作装置20を通じて作業機械40を操作する第2オペレータに触覚を通じて把握させる観点から適当な情報として、第2遠隔操作装置20における第2操作機構211の能動的な動作態様が当該第2オペレータに対して提供される(図4/STEP212参照)。第1オペレータが第1操作機構111を構成する操作レバーを左右の手で握るのと同様に、第2オペレータが第2操作機構211を構成する操作レバーを左右の手で握ることにより、第2オペレータはその手を通じて操作レバーの動きを把握し、第1オペレータによる操作レバーの動かし方または操作態様を認識することができる。
さらに、第1オペレータによる第1操作機構111の操作態様を、第2オペレータに視覚を通じて把握させる観点から適当な情報として、当該第1オペレータによる第1操作機構111の操作態様および操作量を表わす操作態様画像が当該第2オペレータに対して提供される(図4/STEP214および図6A〜図6B参照)。第2オペレータは、第2画像出力装置221に表示された操作態様画像の視認を通じて、第1オペレータによる操作レバーの動かし方または操作態様を認識することができる。
(本発明の他の実施形態)
前記実施形態では、第1遠隔操作装置10、第2遠隔操作装置20および作業機械40が無線通信方式にしたがって直接的に相互通信したが、他の実施形態として、図7に示されている遠隔操作サーバ30を介して第1遠隔操作装置10、第2遠隔操作装置20および作業機械40が間接的に相互通信してもよい。
遠隔操作サーバ30は、第1サーバ演算処理要素31と、第2サーバ演算処理要素32と、を備えている。第1サーバ演算処理要素31は、第1遠隔操作装置10において検知された第1操作機構111の受動態様に応じた操作態様データを、第1遠隔操作装置10から受信する。第2サーバ演算処理要素32は、操作態様データを第2遠隔操作装置20に対して送信することにより、第2画像出力装置221に操作態様画像を表示させる(図6A〜図6B参照)。
10‥第1遠隔操作装置、20‥第2遠隔操作装置、 30‥遠隔操作サーバ、31‥第1サーバ演算処理要素、32‥第2サーバ演算処理要素、40‥作業機械、100‥第1クライアント制御装置、110‥第1入力インターフェース、111‥第1操作機構、112‥受動態様検知器、120‥第1出力インターフェース、121‥第1画像出力装置、122‥第1無線通信機器、200‥第2クライアント制御装置、210‥第2入力インターフェース、211‥第2操作機構、212‥アクチュエータ、220‥第2出力インターフェース、221‥第2画像出力装置、222‥第2無線通信機器、401‥撮像装置(外側撮像装置)、402‥無線通信機器、440‥作業アタッチメント(作動機構)、1121‥撮像装置(内側撮像装置)。

Claims (4)

  1. 作動機構および当該作動機構の少なくとも一部を含む環境を撮像する撮像装置を有している作業機械と、前記作業機械を遠隔操作するための操作機構および前記作業機械の前記撮像装置により取得された撮像画像データに応じた環境画像を表示する画像表示装置を有している第1遠隔操作装置および第2遠隔装置と、を備えている遠隔操作システムであって、
    前記第1遠隔操作装置が、前記操作機構の受動態様を検知する受動態様検知器と、前記受動態様検知器により検知された当該操作機構の受動態様に応じた操作態様データを送信する第1クライアント制御装置と、を備え、
    前記第2遠隔操作装置が、前記操作機構を能動的に動作させるためのアクチュエータと、前記操作態様データを受信し、当該操作態様データに応じた前記第1遠隔操作装置における前記操作機構の受動態様にしたがって、前記アクチュエータの動作を制御する第2クライアント制御装置と、を備えていることを特徴とする遠隔操作システム。
  2. 請求項1記載の遠隔操作システムにおいて、
    前記第1遠隔操作装置が、オペレータによる前記操作機構の操作態様の様子を撮像する内側撮像装置をさらに備え、前記第1クライアント制御装置が、前記内側撮像装置により取得された撮像画像データを送信し、
    前記第2クライアント制御装置が、前記撮像画像データを受信し、当該撮像画像データに応じて前記オペレータによる前記操作機構の操作態様を表わす操作態様画像を前記画像出力装置に表示させることを特徴とする遠隔操作システム。
  3. 請求項1または2記載の遠隔操作システムにおいて、
    前記第2クライアント制御装置が、前記操作態様データに応じた、前記第1遠隔操作装置における前記操作機構の受動態様として当該操作機構の操作量を表わす操作態様画像を前記画像出力装置に表示させることを特徴とする遠隔操作システム。
  4. 作動機構および当該作動機構の少なくとも一部を含む環境を撮像する撮像装置を有している作業機械を遠隔操作するための操作機構、および、前記作業機械の前記撮像装置により取得された撮像画像データに応じた環境画像を表示する画像表示装置を有している第1遠隔操作装置および第2遠隔装置のそれぞれとの相互通信機能を有する遠隔操作サーバであって、
    前記第1遠隔操作装置において検知された前記操作機構の受動態様に応じた操作態様データを当該第1遠隔操作装置から受信する第1サーバ制御要素と、を備え、
    前記第2遠隔操作装置に対して前記操作態様データを送信することにより、前記第2遠隔祖操作装置において、当該操作態様データに応じた前記操作機構の受動態様にしたがって、前記操作機構を能動的に動作させるためのアクチュエータの動作を制御させる第2サーバ制御要素と、を備えていることを特徴とする遠隔操作サーバ。
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