JP6453825B2 - 操作盤と無線通信を行う制御装置、無線モジュール、及び無線中継器 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットや工作機械等の機械を制御するとともに、該機械の教示等を行うための操作盤と無線で通信可能な制御装置、無線モジュール及び無線中継器に関する。

ロボットやＣＮＣ工作機械等の機械の教示や操作を行う際は、該機械の制御装置と無線で通信可能な無線式操作盤を使用することがある。例えば特許文献１には、１つ以上の駆動機構を備える機構部と、機構部を駆動制御するコントローラと、機構部を操作する教示装置を備える自動機械システムが開示されており、さらに、教示装置は、コントローラとの無線通信を行う教示装置通信部と、教示装置通信部で一定周期毎にＬＩＶＥ信号を監視する第１のＬＩＶＥ信号監視部とを備え、コントローラは、教示装置との無線通信を行うコントローラ通信部と、コントローラ通信部で一定周期毎にＬＩＶＥ信号を監視する第２のＬＩＶＥ信号監視部と、コントローラ通信部にて受信した教示装置からの指令信号に基づいて機構部を駆動する駆動部とを備える、と記載されている。

また特許文献２には、可搬式の教示操作盤とロボット制御装置との間で無線通信することにより、教示操作盤からの指令に応じてロボットを制御するように構成されたロボット制御システムが記載されている。

一方、無線通信の受信感度が劣化を検知し、無線チャンネルを切り替える技術も周知である。例えば特許文献３には、第１〜第３の機器と、第１〜第３の機器を無線通信により制御するコントローラとを備える機器制御システムが開示されており、さらに、コントローラと第１の機器とが無線で通信接続され、第１の機器と第２の機器とが無線で通信接続され、第２の機器と第３の機器とが無線で通信接続され、第３の機器が無線の受信感度劣化を検知した場合に、第３の機器と第２の機器が、コントローラからの制御を受け付けないチャンネル変更モードになり、第３の機器と第２の機器の間で使用する無線チャンネルを変更する、と記載されている。

特開２００７−２３３８１７号公報 特開２０１１−０００６５２号公報 特開２０１５−２０１７２８号公報

ロボットやＣＮＣ工作機械等の機械の教示又は操作を、無線式操作盤を用いて行う場合、該無線式操作盤と該機械の制御装置との間の無線通信が途切れたときは、作業者の安全確保のために、機械の動作を停止して教示操作を中断することが一般的である。しかし、無線通信が込み合う現場では、無線信号がたびたび途切れてしまい、不必要に教示操作が中断されてしまうという問題があった。

上記問題を解決するための手段として、無線式操作盤を使用する範囲を、無線アクセスポイントから所定の距離の範囲内（例えば５メートル以内）に制限し、無線通信の安定化を図る技術が挙げられる。しかしこのやり方では、操作盤の使用可能範囲が限定されてしまい、無線式操作盤を利用することの長所が減殺されてしまう。

そこで本発明は、無線式操作盤と無線通信を行う際に、無線通信が途絶される可能性を大幅に低減できる制御装置、無線モジュール、及び無線中継器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、機械を制御する制御装置であって、前記機械の操作に用いられる無線式操作盤と無線で通信可能な無線モジュールを備え、前記無線モジュールは、前記無線式操作盤からの信号が少なくとも１つの無線中継器を用いて多重化されてなる多重化信号を受信するように構成されている、制御装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記少なくとも１つの無線中継器は、他の制御装置が有する他の無線モジュールを含む、制御装置を提供する。

第３の発明は、第１の発明において、無線中継器が複数である場合に、前記信号の多重化のために使用する無線中継器を予め指定可能に構成されている、制御装置を提供する。

第４の発明は、第１の発明において、無線中継器が複数である場合に、前記信号の多重化のために使用可能な無線中継器を操作者に通知するように構成されている、制御装置を提供する。

第５の発明は、第１の発明において、無線中継器が複数である場合に、前記信号の多重化のために使用可能な無線中継器を自動で判別して選択するように構成されている、制御装置を提供する。

第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記多重化信号には、送信したタイミングを識別できる情報が付加されており、データ欠損があった場合は該情報が付加された信号を用いてデータ補完を行うように構成されている、制御装置を提供する。

第７の発明は、機械を制御する制御装置に具備されるとともに、前記機械の操作に用いられる無線式操作盤と無線で通信可能な無線モジュールであって、前記機械が無線信号によって操作されておらず、かつ他の制御装置への無線信号によって他の機械の操作が行われているときは、前記無線信号を受信して前記他の制御装置に転送するように構成されている、無線モジュールを提供する。

第８の発明は、機械を制御する制御装置と、前記機械の操作に用いられる無線式操作盤との無線通信に使用される無線中継器であって、複数の制御装置にそれぞれ割り当てられた複数の周波数のいずれかを含む信号を前記無線式操作盤から受信し、前記複数の制御装置のうち、受信した信号の周波数に対応する制御装置に、前記受信した信号を転送するように構成されている、無線中継器を提供する。

本発明によれば、無線式操作盤からの信号を、複数の送信ルートを介して多重化して受信できるようになるため、該複数の送信ルートの全てにおいて通信が途絶するような場合を除き、無線式操作盤を用いた操作が中断されず、効率的に作業を行うことができる。

本発明の第１の実施例を示す概略図である。 本発明の第２の実施例を示す概略図である。 本発明の第３の実施例を示す概略図である。 本発明の第４の実施例を示す概略図である。 本発明の第５の実施例を示す概略図である。 本発明によってデータ補完を行う例を説明する図である。

図１は、本発明の第１の実施例を示す概略図である。図１に記載の無線システム（ロボットシステム）１０は、ロボット１２又は工作機械等の機械と、該機械を制御する制御装置１４とを有し、具体的には制御装置１４は、ロボット１２を用いた生産や教示におけるロボット１２の動作を制御する。またロボット１２の特定の操作（ここでは教示）を行う際は、人間（操作者）が、無線式操作盤（ここでは無線式教示操作盤）１６を用いて教示操作を行う。制御装置１４は、教示操作盤１６と無線通信するための無線モジュール１８を具備（通常は内蔵）している。

図１に示すように、無線システム１０は少なくとも１つの無線アクセスポイント（無線中継器）２０を含み、無線モジュール１８は、操作盤１６から直接受信する信号の他、操作盤１６から少なくとも１つの無線中継器２０を経由した信号も受信するように構成されており、換言すれば、操作盤１６からの信号が少なくとも１つの無線中継器２０を用いて多重化されてなる多重化信号を受信するように構成されている。

図２は、本発明の第２の実施例を示す概略図である。図２に記載の無線システム１０ａは、複数の機械（ここではロボット）１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃと、ロボット１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃをそれぞれ制御する、ロボットと同数の制御装置１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃとを有する。ロボット１２Ａについて特定の操作（ここでは教示）を行う際は、人間（操作者）が、無線式操作盤（ここでは無線式教示操作盤）１６Ａを用いて教示操作を行う。制御装置１４Ａは、教示操作盤１６Ａと無線通信するための無線モジュール（無線中継器）１８Ａを具備（通常は内蔵）している。同様に、ロボット１２Ｂ又は１２Ｃについて特定の操作（ここでは教示）を行う際は、人間（操作者）が、無線式教示操作盤１６Ｂ又は１６Ｃを用いて教示操作を行う。制御装置１４Ｂ及び１４Ｃはそれぞれ、教示操作盤１６Ｂ及び１６Ｃと無線通信可能な無線モジュール１８Ｂ及び１８Ｃを具備（通常は内蔵）している。なお本実施例ではロボットと制御装置が同数であるが、両者は同数である必要はなく、例えば１つの制御装置で複数のロボットを制御することも可能である。

図２に示すように、制御装置１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃは、工場内ネットワーク２２等のネットワークによって互いに通信可能に接続される。或いは、制御装置１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃは、互いに無線によって通信可能に接続されてもよい。

第２の実施例では、ロボット１２Ｂが教示中（すなわち教示操作盤１６Ｂと制御装置１４Ｂとが無線通信中）であり、他のロボットは生産等の自動運転中（すなわち教示操作盤１６Ａ及び１６Ｃ、並びに無線モジュール１８Ａ及び１８Ｃは使用されていない状態）ものとする。この場合、以下に述べるように、教示中でない（例えば自動運転（生産運転）中又は休止中の）ロボットの制御装置が備える無線モジュールが、第１の実施例における無線アクセスポイント２０の機能を有する。

先ず、教示操作盤１６Ｂにおいて教示のための所定の操作（操作盤の振動、ボタン操作、イネーブルスイッチの切替等）が行われると、教示操作盤１６Ｂからメイン制御装置１４Ｂにその旨が無線通信されるとともに、無線中継器（ここでは無線モジュール１８Ａ及び１８Ｃ）に対しても、ロボット１２Ｂ（制御装置１４Ｂ）が教示状態に入った旨が無線で通信される。次に無線モジュール１８Ａ及び１８Ｃの通信周波数帯（チャンネル）が、無線通信中の操作盤１６Ｂのものに自動で切り替えられる。このとき無線モジュール１８Ａ及び１８Ｃは、サブ制御装置に制御されるロボット（ここではロボット１２Ａ及び１２Ｃ）の誤動作を防止するために、ロボットの制御システムから電気的又は制御的に切り離される（つまり、予め設定されたチャンネルの信号以外ではロボットが動作しないようにする）ことが好ましい。無線モジュール１８Ａ及び１８Ｃは、教示操作盤１６Ｂから受信したデータ（信号）を、ネットワーク２２を介してメイン制御装置１４Ｂに自動で転送する。このとき、受信したデータに新たな情報を付加してもよい。

なお無線モジュール１８Ａ及び１８Ｃにおける通信周波数帯の切り替えは、教示状態に入った制御装置１４Ｂから他の制御装置１４Ａ及び１４Ｃへの通信（指令）によって行うことができるが、制御装置１４Ａ及び１４Ｃ側で行うこともできる。例えば、通信周波数帯が２．４ＧＨｚであり、制御装置１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃにおける教示操作のための周波数が２０ＭＨｚ刻み（例えば制御装置１４Ａが２．４２ＧＨｚ、制御装置１４Ｂが２．４４ＧＨｚ、制御装置１４Ｃが２．４６ＧＨｚ）で設定されている場合、各制御装置は、自らの無線モジュールが受信した無線信号の周波数に基づいて、いずれの制御装置（ロボット）が教示操作対象であるかを判断することができる。

このようにして、無線モジュール１８Ｂは、無線通信によるロボット１２Ａ及び１２Ｃの教示操作が行われておらず、かつ制御装置１４Ｂへの無線信号によってロボット１２Ｂの教示操作が行われているときは、操作盤１６Ｂから直接受信する信号の他、操作盤１６Ｂから無線モジュール１８Ａ及び１８Ｃの少なくとも一方を経由した（すなわち無線モジュール１８Ａ及び１８Ｃの少なくとも一方が受信・転送した）信号も受信することができ、換言すれば、操作盤１６Ｂからの信号は多重化信号として制御装置１４Ｂ（無線モジュール１８Ｂ）に受信される。なお無線モジュールによる信号の受信・転送は自動で行うことができるが、作業者の操作によって（すなわち手動で）行うこともできる。

第１及び第２の実施例、並びに後述する第３〜第５の実施例ではいずれも、教示操作中に操作盤から制御装置への無線信号（安全信号）が途切れた場合、安全確保のために教示中のロボットが停止（多くの場合、即時停止）する。従来、無線通信が込み合う場合は無線信号が頻繁に途切れやすく、そのたびにロボットが停止して教示作業が中断されていたが、上述の実施例のように無線信号を多重化、すなわち同じ信号を複数のルートで送受信する場合は、全てのルートにおいて同時に通信不能となる確率は極めて低い。従って上記実施例では、無線通信の途絶をほぼ回避でき、教示操作をスムーズかつ効率的に行うことができる。

上述のように、信号の多重化は、無線アクセスポイント、教示中のロボット以外の制御装置内の無線モジュール、又は工場内ネットワーク等を用いることによって実現できるが、無線モジュールや工場内ネットワークは本発明とは関係なく、制御装置に装備されていることが多い。また非教示状態（自動運転中等）の制御装置は、教示操作盤から安全信号を通信する必要がないので、第２の実施例では、実質的に稼働していない無線モジュールを信号の多重化に利用でき、特別な装置を必要としない。

図３は、本発明の第３の実施例を示す概略図である。図３に記載の無線システム１０ｂは、第２の実施例の応用例に相当し、複数の機械（ここではロボット）１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ及び１２Ｅと、ロボット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ及び１２Ｅをそれぞれ制御する、ロボットと同数の制御装置１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ及び１４Ｅとを有する。いずれかのロボットについて特定の操作（ここでは教示）を行う際は、人間（操作者）が、無線式操作盤（ここでは無線式教示操作盤）１６を用いて教示操作を行う。制御装置１４Ａ〜１４Ｅは、教示操作盤１６と無線通信するための無線モジュールＡ〜Ｅをそれぞれ具備（通常は内蔵）している。なお無線モジュールＡ〜Ｅは、第１実施例のような無線中継器の形態であってもよい。

第３の実施例では、無線中継器が複数ある場合に、いずれかの無線式教示操作盤が教示状態に入った際、信号の多重化のためにどの無線モジュール（無線中継器）を使用するかを予め指定しておくことができる。例えば図３のように、ロボット１２Ｂが教示対象（メイン）であり、残りのロボットが非教示状態（サブ）であるときに、操作者（ユーザ）は、制御装置１４Ｂ内の初期設定において、無線中継器として使用するものを指定しておくことができる。図３は、無線システム１０ｂが設置されている工場内にある無線モジュール（無線中継器）Ａ〜Ｅのうち、操作者が初期設定で無線モジュールＡ、Ｂ及びＣを指定した場合を示している。

図３において、教示操作盤１６の操作によって制御装置１４Ｂ（ロボット１２Ｂ）が選択されて教示状態になったときに、制御装置１４Ｂはネットワーク２２等を介して、制御装置１４Ｂ（ロボット１２Ｂ）が教示状態となった旨を、初期設定で指定された無線モジュールＡ、Ｂ及びＣのうち、非教示状態にあるロボットの無線中継器Ａ及びＣ（又は制御装置１４Ａ及び１４Ｃ）に送信する。従って図３の例では３つの送信ルートによって、操作盤１６から制御装置１４Ｂへの信号（安全信号）が多重化されることになる。なおロボット１２Ｂが教示状態に入った旨は、教示操作盤１６から無線モジュールＡ及びＣに送信するようにしてもよい。

図４は、本発明の第４の実施例を示す概略図である。図４に記載の無線システム１０ｃでは、主に第３の実施例と異なる部分について説明し、第３の実施例と同等でよい構成要素については、同一の参照符号を付して詳細な説明は省略する。

第４の実施例では、無線中継器が複数ある場合に、いずれかのロボットの教示を行う際、信号の多重化のための無線モジュール（無線中継器）として使用可能な無線中継器を操作者に通知し、操作者は使用する無線中継器を選択することができる。例えば図４は、ロボット１２Ｂが教示対象（メイン）であり、かつ、ロボット１２Ｅが他の操作者によって教示中であり、残りのロボットが非教示状態（サブ）である状態を表している。

図４において、無線式教示操作盤１６の操作によって制御装置１４Ｂ（ロボット１２Ｂ）が選択されて教示状態になったときに、無線システム１０ｃでは、信号の多重化のために使用可能な無線中継器の探索が行われる。具体的には、制御装置１４Ｂがネットワーク２２を介して他の制御機器の状態（教示中、自動運転中、等）を把握する。或いは、制御装置１４Ａ〜１４Ｅの各々と通信可能なホストコンピュータ２６をさらに設け、ホストコンピュータ２６が各制御装置の状態に関する情報を得るようにしてもよい。

次に、参照符号２４で例示するように、教示操作盤１６の表示画面等に、信号の多重化のために使用可能な無線中継器をリスト化して表示することができる。或いは、使用可能な無線中継器を音声で操作者に通知してもよい。これにより操作者は、教示操作盤１６を操作することにより、使用すべき無線中継器を選択することができる。なお操作者が選択する無線中継器は、１つでも複数でもよい。

図５は、本発明の第５の実施例を示す概略図である。図５に記載の無線システム１０ｄでは、主に第３又は第４の実施例と異なる部分について説明し、第３又は第４の実施例と同等でよい構成要素については、同一の参照符号を付して詳細な説明は省略する。

第５の実施例では、無線中継器が複数ある場合に、いずれかのロボットの教示を行う際、通信状態が良好な無線中継器を自動で判別して選択することができる。例えば図５は、ロボット１２Ｂが教示対象（メイン）であり、残りのロボットが非教示状態（サブ）である状態を表している。

図５において、無線式教示操作盤１６の操作によって制御装置１４Ｂ（ロボット１２Ｂ）が選択されて教示状態になったときに、メインの制御装置１４Ｂは、非教示状態（サブ）にあるロボット（制御装置）のうち、教示操作盤１６からサブの制御装置を経てメインの制御装置１４Ｂに至る通信の状態が良好（例えば、過去のデータ通信成功率が９０％以上）であった無線モジュールを自動で判別・選択することができる。図５の例では、制御装置１４Ｅ（無線モジュールＥ）を介した通信状態のみが不良であるため、信号の多重化のために使用される無線中継器は、無線モジュールＡ、Ｃ及びＤの３つとなる。なお通信状態の良否は、過去のデータを用いた学習によって決定してもよい。

なお第２〜第５の実施例において、信号を多重化するための無線モジュールの機能を、図１に記載した無線アクセスポイント２０のような、制御装置に含まれない無線中継器に担わせることもできる。その場合、当該無線中継器は、複数の制御装置にそれぞれ割り当てられた複数の周波数（例えば２．４２ＧＨｚ、２．４４ＧＨｚ、２．６６ＧＨｚ等）のいずれかを含む信号を無線式教示操作盤から受信し、かつ、当該複数の制御装置のうち、受信した信号の周波数に対応する制御装置に、受信した信号を転送することができる（例えば受信した信号の周波数が２．４２ＧＨｚであればその信号を制御装置１４Ａに転送し、２．４４ＧＨｚであれば制御装置１４Ｂに転送する、等）。

図６は、本発明によってデータ補完を行う例を説明する図である。図６に記載の無線システム１０ｅは、複数の機械（ここではロボット）１２Ａ及び１２Ｂと、ロボット１２Ａ及び１２Ｂをそれぞれ制御する、ロボットと同数の制御装置１４Ａ及び１４Ｂとを有する。いずれかのロボットについて特定の操作（ここでは教示）を行う際は、人間（操作者）が、無線式教示操作盤１６を用いて教示操作を行う。制御装置１４Ａ及び１４Ｂは、教示操作盤１６と無線通信するための無線モジュールＡ及びＢをそれぞれ具備（通常は内蔵）している。なお無線モジュールＡ及びＢは、第１実施例のような無線中継器の形態であってもよい。

図６の例では、ロボット１２Ａが教示対象（メイン）であり、制御装置１４Ｂの無線モジュールＢが、信号の多重化のために使用されるものとする。ここで、無線式操作盤１６からメインの制御装置１４Ａに送信すべきデータ（信号）が「１２３４５６７８」であるところ、操作盤１６から制御装置１４Ａに直接送信された第１のデータに欠損があり、具体的には「４」及び「７」が欠落していたとする。

このとき、無線式操作盤１６からメインの制御装置１４Ａに送信するデータに、番号や時刻等の、どのタイミングで送信されたデータであるかが識別できる情報を付加しておくことにより、データに欠落があってもそれを補完できる場合がある。例えば図６に示すように、無線式操作盤１６からサブの制御装置１４Ｂに、第１のデータと同じタイミングで送信された第２のデータにも欠損があり、具体的には「２」、「３」及び「６」が欠落していたとしても、図６のＦ部に示すように、メイン制御装置１４Ａにおいてデータ補完を行うことにより、本来受信すべきであったデータ「１２３４５６７８」が正しく受信される。

このように、複数の送信ルートを用いて信号を多重化することにより、データ欠損があっても、同じタイミングで発信したデータを用いて補完することができ、また送信ルート（無線中継器）の数が多いほど、データ欠損が生じても完全なデータを受信できる可能性が高まる。

なお図３〜図６において、制御装置と無線式（教示）操作盤、又は制御装置同士をつなぐ線に関し、実線はネットワーク等の有線を表し、破線は無線を表すものとするが、実線（有線通信）を破線（無線通信）に置換することも可能である。例えば、制御装置と無線式（教示）操作盤との通信、及び制御装置同士間の通信を、全て無線で行うことも可能である。

また図１〜図６に示した実施例は、適宜組み合わせることも可能である。例えば、無線中継器として、図１に記載の無線アクセスポイントと図２に記載の無線モジュールの双方を使用してもよい。また図４に示すように使用可能な無線モジュールをユーザに提示する前に、図５に示すような自動の判別・選択処理を行ってもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明した。本実施形態では、無線式（教示）操作盤と制御装置との間の安全信号を、教示対象以外の制御装置内の無線装置、工場内ネットワーク、又は無線中継器等を用いて多重化し、該信号が途切れないようにすることができる。信号の多重化は、同一周波数帯（チャンネル）を使用して行うことが好ましい。具体的には、メイン（教示状態）の制御装置の無線モジュールのチャンネルに対し、サブ（自動運転状態等）の制御装置の無線モジュールがチャンネルを切り替えて周波数帯を合わせることができる。またチャンネル切り替えのタイミングは例えば、教示操作盤の操作時（ボタン操作、内蔵加速度センサによる一定以上の加速度の検知、等）に行うことができる。

なお図１〜図５に記載の無線システム（ロボットシステム）は、製造セルとして製造管理システムに組み込むこともできる。この場合、製造管理システムは、製造セルと通信可能に構成されたセルコントロール装置（セルコントローラ）と、セルコントロール装置と通信可能に構成された生産計画装置とを有し、セルコントロール装置は、生産計画装置から受信した生産計画情報に基づいて、製造セルを管理・制御することができる。

１０ 無線システム
１２ ロボット
１４ ロボット制御装置
１６ 無線式教示操作盤
１８ 無線モジュール
２０ 無線アクセスポイント
２２ ネットワーク
２４ 表示画面
２６ ホストコンピュータ

Claims (8)

1. 機械を制御する制御装置であって、前記機械の操作に用いられる無線式操作盤と無線で通信可能な無線モジュールを備え、
   前記無線モジュールは、前記無線式操作盤からの信号が少なくとも１つの無線中継器を用いて多重化されてなる多重化信号を受信するように構成されている、制御装置。
2. 前記少なくとも１つの無線中継器は、他の制御装置が有する他の無線モジュールを含む、請求項１に記載の制御装置。
3. 無線中継器が複数である場合に、前記信号の多重化のために使用する無線中継器を予め指定可能に構成されている、請求項１に記載の制御装置。
4. 無線中継器が複数である場合に、前記信号の多重化のために使用可能な無線中継器を操作者に通知するように構成されている、請求項１に記載の制御装置。
5. 無線中継器が複数である場合に、前記信号の多重化のために使用可能な無線中継器を自動で判別して選択するように構成されている、請求項１に記載の制御装置。
6. 前記多重化信号には、送信したタイミングを識別できる情報が付加されており、データ欠損があった場合は該情報が付加された信号を用いてデータ補完を行うように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 機械を制御する制御装置に具備されるとともに、前記機械の操作に用いられる無線式操作盤と無線で通信可能な無線モジュールであって、
   前記機械が無線信号によって操作されておらず、かつ他の制御装置への無線信号によって他の機械の操作が行われているときは、前記無線信号を受信して前記他の制御装置に転送するように構成されている、無線モジュール。
8. 機械を制御する制御装置と、前記機械の操作に用いられる無線式操作盤との無線通信に使用される無線中継器であって、
   複数の制御装置にそれぞれ割り当てられた複数の周波数のいずれかを含む信号を前記無線式操作盤から受信し、前記複数の制御装置のうち、受信した信号の周波数に対応する制御装置に、前記受信した信号を転送するように構成されている、無線中継器。

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