JP6726803B2 - ドローンの宅配物搭載装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ドローンに関し、より詳しくは、宅配運送用ドローンに適用されて宅配物を支持及び荷役する機能を果たすドローンの宅配物搭載装置に関する。
本出願は、2016年7月27日出願の韓国特許出願第10−2016−0095718号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
ドローン(drone)は、遠隔操縦と自動飛行が可能な無人飛行体であって、基本的に少なくとも1つのローターを回転させて揚力及び推進力を得る。一般にドローンは、4つのローターを有するクアッドロプター、6つのローターを有するヘキサコプター、8つのローターを有するオクトコプターなどに区分され、マルチコプターとも通称される。
ドローンは、メインボディ、メインボディから放射状に延びる複数の支持アーム、及び支持アームの端部に設けられたローターを備える。このようなドローンは、メインボディの下部に撮影装備、制御装備、救急装備、搭載装置などのような各種の追加機器が取り付けられて多様な産業分野に適用されている。
このようなドローンは、物品を目的地まで配送する宅配サービスへの活用も期待されている。
一般に、宅配ドローンは、宅配物を積み降ろしする荷役動作を支援するため、メインボディの下部に所定のグリッパー(gripper)が取り付けられるか、又は、下端にフック状の係止具が吊り下げられたワイヤ昇降装置を備える。
しかし、ワイヤ昇降装置が使用される従来の宅配ドローンは、宅配物を降ろすとき、手作業でワイヤの係止具から宅配物を分離しなければならず、不便であった。
また、従来の宅配ドローンは、宅配物を積み降ろしする荷役作業の際、ローターが起こした風によりワイヤが揺れ、円滑に作業できないか又は安全事故が起きる恐れがあることから、その対策が求められている。このようにローターの風によってワイヤが揺れる問題はドローンに近接した位置でより深刻になる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、昇降可能なワイヤを使用して宅配物を支持し、宅配物を地面に降ろした後、自動でワイヤから宅配物を分離できる構造を有する、ドローンの宅配物搭載装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、ドローンが起こした風によってワイヤが揺れることを防止できる構造を有する、ドローンの宅配物搭載装置を提供することを他の目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、ドローンに昇降自在に設けられた昇降ワイヤに取り付けられる宅配物搭載装置において、前記昇降ワイヤの下端に設けられる昇降体;及び前記昇降体に選択的に連結/分離自在に結合され、下部に保持部が備えられた使い捨て保持体;を含み、前記昇降体と前記使い捨て保持体とは、機械的または電磁気的相互作用によって自動で分離されることを特徴とするドローンの宅配物搭載装置を提供する。
前記昇降体には、前記使い捨て保持体に係止されるストッパが設けられ、前記使い捨て保持体には前記ストッパが係止できる係止段構造が形成され得る。
前記ストッパは、上下回動自在に設けられて水平に置かれる方向に弾性バイアスされ、前記使い捨て保持体は、上端に位置したヘッド、前記ヘッドから下部に延びて前記ヘッドに比べて相対的に小さい外径を有する第1ロッド、及び前記第1ロッドから下部に延びて前記第1ロッドに比べて相対的に小さい外径を有する第2ロッドを含み、前記昇降体に前記使い捨て保持体が結合された状態で前記ストッパは前記ヘッドと前記第1ロッドとの間の係止段構造に位置し、前記宅配物が地面に降ろされる瞬間、前記使い捨て保持体に対して前記昇降体が慣性力によって下降し、前記ストッパが前記第2ロッドと対向する位置で下方に回動し水平状態になって係止が解除され、前記昇降体の上昇によって前記ヘッドが相対的に下降しながら前記ストッパを通過して前記昇降体と前記使い捨て保持体とが完全に分離され得る。
前記ストッパは、地面に対して水平に前後進自在に設けられて前進する方向に弾性バイアスされ、前記使い捨て保持体は、上端に位置したヘッド、前記ヘッドから下部に延びて前記ヘッドに比べて相対的に小さい外径を有するシャフト、及び前記シャフトに外嵌されて前記シャフトの長さ方向に移動自在に設けられ、前記ヘッドと同じ外径を有するリング型または円筒型のスライダーを含み、前記昇降体に前記使い捨て保持体が結合された状態で、前記ストッパは前記ヘッドと前記シャフトとの間の係止段構造に位置し、前記宅配物が地面に降ろされる瞬間、前記使い捨て保持体に対して前記昇降体が慣性力によって下降し、前記ストッパが前記スライダーの外部面に接触して係止が解除され、前記昇降体の上昇によって前記ヘッドが相対的に下降しながら前記ストッパを通過して前記昇降体と前記使い捨て保持体とが完全に分離され得る。
前記昇降体には、電磁石が固設され、前記使い捨て保持体の上端は、前記電磁石が磁化した状態で選択的にくっ付く鉄またはマグネット素材からなり得る。
前記昇降ワイヤは、電力ケーブルからなり、前記電磁石は、前記電力ケーブルを通じて電源の供給を受けるように構成され得る。
前記昇降ワイヤは、鋼線が複合された電力ケーブルからなり、前記電磁石は、前記電力ケーブルを通じて電源の供給を受けるように構成され得る。
本発明は、前記ドローンに取り付けられ、前記昇降ワイヤが貫通自在な中空を備え、前記昇降ワイヤを保護及びガイドするガイド部材をさらに含み得る。
前記ガイド部材は、複数のパイプが多段で連結されて長さが伸縮自在な構造を有することが望ましい。
本発明は、前記ガイド部材の内部または外部に配置され、前記ガイド部材が拡張又は縮小するとき、弾性力を提供するバネをさらに含むことができる。
本発明は、ワイヤを使用して宅配物を地面に降ろすとき、人がいなくても、自動でワイヤから宅配物を分離できるため、ドローンを用いた宅配サービスに有用に適用することができる。
また、宅配物を積み降ろしする荷役作業の際、ワイヤがガイド部材によって保護及びガイドされた状態を維持することで、ローターが起こした風によってドローン周辺でワイヤが揺れる問題を解消することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
図1は、本発明の望ましい実施例によるドローンの宅配物搭載装置の適用例を示した斜視図である。 図2は、図1における昇降体及び使い捨て保持体の構成及び作動を示した断面図である。 図3は、図2の部分拡大図である。 図4は、図1における昇降体及び使い捨て保持体の他の構成及び作動を示した断面図である。 図5は、図4の部分拡大図である。 図6は、図1における昇降体及び使い捨て保持体のさらに他の構成及び作動を示した斜視図である。 図7は、本発明の他の実施例によるドローンの宅配物搭載装置の構成を示した斜視図である。 図8は、図7におけるガイド部材の構成を示した断面図である。 図9は、図8のガイド部材が折り畳まれた状態を示した断面図である。 図10は、図8の変形例を示した断面図である。 図11は、図10のガイド部材が折り畳まれた状態を示した断面図である。 図12は、図8の他の変形例を示した断面図である。
図1は、本発明の望ましい実施例によるドローンの宅配物搭載装置の適用例を示した斜視図である。
図1に示されたように、本発明の望ましい実施例によるドローンの宅配物搭載装置は、昇降ワイヤ20の下端に固定される昇降体100、及び宅配物1に引っ掛かるように設けられる使い捨て保持体200を含む。
ドローン10に宅配物1を搭載しようとする場合は、宅配物1の上部に引っ掛かる使い捨て保持体200を昇降体100に結合すれば良い(a)。
ドローン10は宅配物1を搭載した状態(a)で配送目的地まで無人自動飛行し、配送目的地に到着すれば、昇降ワイヤ20を繰り出して宅配物1を地面に降ろす動作を行う(b)。
宅配物1を地面に降ろす動作と同時に、昇降体100から使い捨て保持体200を自動で分離する動作(c)を行い、昇降ワイヤ20を巻き上げた状態で元の位置に復帰する。
このような宅配サービスを支援するためのドローン10は、遠隔操縦と無人自動飛行を行うための各種の制御装置、及び通信装置、光学装置、センサー、衛星航法装置(GPS)、バッテリー、駆動装置などを含む。また、ドローン10の下部には、少なくとも一本の鋼線からなる昇降ワイヤ20を巻き上げ及び繰り出しするためのワイヤ昇降装置が備えられる。ドローン10に含まれるこのような技術的手段としては、通常の技術が採用可能であるため、その詳細な説明は省略する。
図2は本発明に備えられる昇降体100及び使い捨て保持体200の構成及び作動を詳しく示した断面図であり、図3は図2の部分拡大図である。図2において、(i)は昇降体100に対して使い捨て保持体200が結合される状態、(ii)は結合が完了して昇降体100に使い捨て保持体200が係止された状態、(iii) は宅配物1が地面に触れる瞬間、下降していた昇降体100に慣性力が作用して、重力加速度(9.8m/s)によって昇降体100が下降して係止が解除された状態、(iv)〜(vi)は昇降体100が引き上げられることで、相対的に使い捨て保持体200が徐々に下降して分離される過程を示す。また、図3において、(i)は昇降体100に使い捨て保持体200が係止された状態、(ii)は宅配物1が地面に触れて使い捨て保持体200の係止が解除された状態、(iii) は昇降体100の上昇によって相対的に使い捨て保持体200が下降する状態、(iv)は昇降体100から使い捨て保持体200が完全に分離された状態を示す。
図2及び図3を参照すれば、昇降体100は昇降ワイヤ20の下端に固定的に設けられ、使い捨て保持体200は昇降体100に対して選択的に連結/分離自在に結合され、下部にはフック状の爪部204を備える。昇降体100と使い捨て保持体200とは、機械的または電磁気的相互作用によって自動で分離される。
昇降体100には使い捨て保持体200に係止されるストッパ110が設けられ、使い捨て保持体200には前記ストッパ110が係止できる係止段構造が形成される。
ストッパ110は、昇降体100の内部で昇降体100の周縁に沿って等間隔で複数配置され、それぞれ上下回動自在に設けられて水平に置かれる方向に弾性バイアスされる。弾性バイアスのために、ストッパ110にはバネのような弾性部材が結合されている。
使い捨て保持体200は、上端に位置したヘッド201、ヘッド201から下部に延びてヘッド201に比べて相対的に小さい外径を有する第1ロッド202、及び第1ロッド202から下部に延びて第1ロッド202に比べて相対的に小さい外径を有する第2ロッド203を備える。係止段構造は、ヘッド201と第1ロッド202との間の段差によって形成される。
昇降体100に使い捨て保持体200が結合された状態で、ストッパ110はヘッド201と第1ロッド202との間の係止段構造に位置する。また、宅配物1が地面に降ろされる瞬間には、使い捨て保持体200に対して前記昇降体100が重力加速度によって下降して、第2ロッド203と対向する位置で下方に回動し水平状態になって係止が解除される。
その後、昇降ワイヤ20によって昇降体100が引き上げられることで、昇降体100の上昇によって前記ヘッド201が相対的に下降しながら、ストッパ110を通過して昇降体100と使い捨て保持体200とが相互に完全に分離される。
図4は図1における昇降体100及び使い捨て保持体200の他の構成及び作動を示した断面図であり、図5は図4の部分拡大図である。図4において、(i)は昇降体100に対して使い捨て保持体200が結合される状態、(ii)は結合が完了して昇降体100に使い捨て保持体200が係止された状態、(iii) は宅配物1が地面に触れる瞬間、昇降体100に慣性力が作用して、重力加速度によって昇降体100が下降して係止が解除された状態、(iv)〜(vi)は昇降体100が引き上げられることで、相対的に使い捨て保持体200が徐々に下降して分離される過程を示す。また、図5において、(i)は昇降体100に使い捨て保持体200が係止された状態、(ii)は宅配物1が地面に触れて使い捨て保持体200の係止が解除された状態、(iii) は昇降体100の上昇によって相対的に使い捨て保持体200が下降する状態、(iv)は昇降体100から使い捨て保持体200が完全に分離された状態を示す。
図4及び図5を参照すれば、ストッパ110は昇降体100の内部で昇降体100の周縁に沿って等間隔で複数配置され、それぞれ地面に対して水平に前後進自在に設けられて前進する方向に弾性バイアスされる。弾性バイアスのため、ストッパ110にはバネのような弾性部材が結合されている。
使い捨て保持体200は、上端に位置したヘッド205、ヘッド205から下部に延びて前記ヘッド205に比べて相対的に小さい外径を有するシャフト206、及び前記シャフト206に外嵌されて前記シャフト206の長さ方向に移動自在に設けられ、前記ヘッド205と同じ外径を有するリング型または円筒型のスライダー207を含む。
昇降体100に前記使い捨て保持体200が結合された状態で、前記ストッパ110は前記ヘッド205と前記シャフト206との間の係止段構造に位置する。また、宅配物1が地面に触れる瞬間、前記使い捨て保持体200に対して前記昇降体100が慣性力によって下降し、前記ストッパ110が前記スライダー207の外部面に接触して係止が解除される。
その後、昇降ワイヤ20によって昇降体100が引き上げられることで、昇降体100の上昇によってヘッド205がスライダー207に対して相対的に下降しながら、ストッパ110を通過して昇降体100と使い捨て保持体200とが完全に分離される。昇降体100から使い捨て保持体200が完全に分離された後、スライダー207は自体の荷重によって下降した状態を維持する(図5の(iv)を参照)。
図6には、本発明のさらに他の実施例によって提供される昇降体100及び使い捨て保持体200の構成及び作動が示されている。図示されたように、昇降体100には電磁石101が固設され、使い捨て保持体200の上端に位置したヘッド201は電磁石が磁化した状態で選択的にくっ付く鉄またはマグネット素材からなる。
昇降ワイヤ20は、それ自体が電力ケーブル21からなり得る。この場合、電磁石は電力ケーブル21の役割をする昇降ワイヤ20を通じて電源の供給を受けるように構成される。
代案として、昇降ワイヤ20は少なくとも一本の鋼線からなり、その内部に電力ケーブル21が複合された形態で提供される。ここで、電磁石101は、電力ケーブル21を通じて電源の供給を受けるように構成される。
ドローン10に宅配物1が積載された状態で、使い捨て保持体200は昇降体100と結合された状態(a)になる。このとき、電磁石はオン(ON)状態を維持し、使い捨て保持体200は磁力によって昇降体100の電磁石101にくっ付いて結合される。
ドローン10は宅配物1を積載した状態(a)で配送目的地まで無人自動飛行し、配送目的地に到着すれば、昇降ワイヤ20を繰り出して宅配物1を地面に降ろす動作を行う(b)。
宅配物1を地面に降ろした後は、昇降体100から使い捨て保持体200を自動で分離する動作(c)を行い、昇降ワイヤ20を巻き上げた状態で元の位置に復帰する。このとき、電磁石はオフ(OFF)状態に切り換えられて磁力が除去されるため、使い捨て保持体200を昇降体100から完全に分離することができる。
一方、宅配物1の返送処理が必要な場合は、宅配物1が位置した地点で昇降ワイヤ20を下降させ、昇降体100の電磁石101をオン(ON)状態にして使い捨て保持体200のヘッド201に磁力で付着させることで、簡便に宅配物1を収去することができる。
上述したような構成を有するドローン10の宅配物搭載装置は、昇降ワイヤ20を使用して宅配物1を地面に降ろすとき、自動で昇降体100から使い捨て保持体200を完全に分離することで、無人状態で宅配物1を地面に降ろすことができるという著しい効果を奏する。
図7には本発明の他の実施例によるドローンの宅配物搭載装置の構成を示した斜視図であり、図8は図7におけるガイド部材の構成を示した断面図である。
図7及び図8を参照すれば、本発明の他の実施例によるドローンの宅配物搭載装置は、昇降ワイヤ20の下端に固定される昇降体100、宅配物1に引っ掛かるように設けられる使い捨て保持体200、及びドローンの下部に取り付けられ、昇降ワイヤ20を囲んで保護及びガイドするガイド部材30を含む。図面において、上述した実施例と同じ参照番号は同じ構成要素であるため、その詳細な説明は省略する。
ガイド部材30は、段階的に直径が変化する複数のパイプ31が多段で連結された構造であり、畳まれるか又は広げられることで長さの伸縮が可能に構成される。望ましくは、隣接したパイプ31の間にはボールベアリング32が介在されて、長さの伸縮がスムーズに行われるようにする。
ガイド部材30を広げて長さを伸ばしたり畳んで長さを縮小したりする動作は、ガイド部材30の自重を用いるか、それとも、モーターのような駆動装置による別途の駆動力によって行うことができる。
図8に示されたように、ガイド部材30の上端にはドローン10の一部に装着可能なマウント部材34が備えられ、内部には昇降ワイヤ20が貫通して下方に延びるように案内する中空が形成されている。
昇降ワイヤ20は、マウント部材34の中心に挿入されて中空を貫通して下方に延び、このような配置構造は、図9に示されたように、ガイド部材30が畳まれて長さが短縮された状態でも同様に維持される。
ドローン10に取り付けられた所定の回転ドラム36から繰り出される昇降ワイヤ20は、ガイド部材30の中空の中心に整列して配置された第1ガイドローラー35によって中空の内部に案内され、ガイド部材30の下端に配置された第2ガイドローラー33を通過して下方に延びる。
上述した実施例と同様に、昇降ワイヤ20の下端には使い捨て保持体200が結合された昇降体100が連結される。
図10は本発明の変形例によるガイド部材30の構成を示した断面図であり、図11は図10のガイド部材30が折り畳まれた状態を示した断面図である。
図10及び図11に示されたように、ガイド部材30の内部中空にはガイド部材30の長さ方向に延びるコイル型のバネ37をさらに配置することができる。
バネ37は、ガイド部材30を構成するパイプ31に対応して複数配置され得、代案としては、ガイド部材30に対応して単一で配置されても良い。
バネ37は、ガイド部材30の拡張に連動して一緒に延び、昇降ワイヤ20が巻き上げられてガイド部材30が畳まれ縮まるときには元の状態に復元されることで弾性力を提供して、ガイド部材30の伸縮動作をより円滑にする役割を果たす。このとき、バネ37は、ガイド部材30を拡張させる方向にバイアスさせる弾性力を与えるように備えられても良く、逆に、ガイド部材30が畳まれる方向に弾性力を与えるように備えられても良い。
本発明の他の変形例によれば、図12に示されたように、バネ37がガイド部材30の外部に配置された構造を有するドローンの宅配物搭載装置が提供される。この場合は、少なくとも2つのガイド部材30が互いに平行に配置され、ガイド部材30の間にバネ37が配置されてガイド部材30と連動することが望ましい。このとき、ガイド部材30は下端に設けられた連結プレート38によって相互連結されて、実質的に一体化されていることが望ましい。
上記のような構成を有するドローンの宅配物搭載装置は、ドローン10が目的地に到着して宅配物を下降させるとき、昇降ワイヤ20が繰り出されて下降すると同時に、ガイド部材30が自重又は別途の駆動力によって段階的に下降して所定の長さまで広げられるようになる。このとき、昇降ワイヤ20はガイド部材30の中空に位置するため、ドローン10のローターで強い風が起こっても実質的に風の影響を受けず、揺れを防止することができる。
ガイド部材30が所定の長さまで完全に広げられた後にも、昇降ワイヤ20は宅配物1を地面に降ろすまで下降を続ける。宅配物1が地面に降ろされた後は、上述した実施例と同様に、自動で昇降体100から使い捨て保持体200を完全に分離することで、無人状態で宅配物1を地面に降ろす動作を行う。
宅配物1を地面に降ろした後は、昇降ワイヤ20が回転ドラムに巻き取られて上昇し、昇降体100がガイド部材30の下端と接する時点からは、昇降ワイヤ20の上昇に連動してガイド部材30が畳まれながら長さが縮まって元の状態に復帰する。
上述したように、本発明は、宅配物を積み降ろしする荷役作業の際、昇降ワイヤ20がガイド部材30によって保護及びガイドされた状態を維持するため、ドローンに近接した位置でローターの風によって昇降ワイヤ20が揺れることを防止することができる。
本発明によれば、無人状態で自動で昇降ワイヤから宅配物を分離でき、ローターによる昇降ワイヤの揺れを防止できるため、ドローンを用いた宅配サービスを安全に且つ信頼性高く具現することができる。

Claims (3)

  1. ドローンに昇降自在に設けられた昇降ワイヤに取り付けられる宅配物搭載装置において

    前記昇降ワイヤの下端に設けられる昇降体;及び
    前記昇降体に選択的に連結/分離自在に結合され、下部に保持部が備えられた使い捨て
    保持体;を含み、
    前記昇降体と前記使い捨て保持体とは、機械的または電磁気的相互作用によって自動で
    分離され
    前記昇降体には、前記使い捨て保持体に係止されるストッパが設けられ、
    前記使い捨て保持体には、前記ストッパが係止できる係止段構造が形成され、
    前記ストッパは、上下回動自在に設けられて水平に置かれる方向に弾性バイアスされ、
    前記使い捨て保持体は、上端に位置したヘッド、前記ヘッドから下部に延びて前記ヘッ
    ドに比べて相対的に小さい外径を有する第1ロッド、及び前記第1ロッドから下部に延び
    て前記第1ロッドに比べて相対的に小さい外径を有する第2ロッドを含み、
    前記昇降体に前記使い捨て保持体が結合された状態で、前記ストッパは前記ヘッドと前
    記第1ロッドとの間の係止段構造に位置し、
    宅配物が地面に降ろされる瞬間、前記使い捨て保持体に対して前記昇降体が慣性力によ
    って下降し、前記ストッパが前記第2ロッドと対向する位置で下方に回動し水平状態にな
    って係止が解除され、
    前記昇降体の上昇によって前記ヘッドが相対的に下降しながら前記ストッパを通過して
    前記昇降体と前記使い捨て保持体とが完全に分離されることを特徴とするドローンの宅配
    物搭載装置。
  2. ドローンに昇降自在に設けられた昇降ワイヤに取り付けられる宅配物搭載装置において

    前記昇降ワイヤの下端に設けられる昇降体;及び
    前記昇降体に選択的に連結/分離自在に結合され、下部に保持部が備えられた使い捨て
    保持体;を含み、
    前記昇降体と前記使い捨て保持体とは、機械的または電磁気的相互作用によって自動で
    分離され、
    前記昇降体には、前記使い捨て保持体に係止されるストッパが設けられ、
    前記使い捨て保持体には、前記ストッパが係止できる係止段構造が形成され、
    前記ストッパは、地面に対して水平に前後進自在に設けられて前進する方向に弾性バイ
    アスされ、
    前記使い捨て保持体は、上端に位置したヘッド、前記ヘッドから下部に延びて前記ヘッ
    ドに比べて相対的に小さい外径を有するシャフト、及び前記シャフトに外嵌されて前記シ
    ャフトの長さ方向に移動自在に設けられ、前記ヘッドと同じ外径を有するリング型または
    円筒型のスライダーを含み、
    前記昇降体に前記使い捨て保持体が結合された状態で、前記ストッパは前記ヘッドと前
    記シャフトとの間の係止段構造に位置し、
    配物が地面に降ろされる瞬間、前記使い捨て保持体に対して前記昇降体が慣性力によ
    って下降し、前記ストッパが前記スライダーの外部面に接触して係止が解除され、
    前記昇降体の上昇によって前記ヘッドが相対的に下降しながら前記ストッパを通過して
    前記昇降体と前記使い捨て保持体とが完全に分離されることを特徴とするドローンの宅配
    物搭載装置。
  3. ドローンに昇降自在に設けられた昇降ワイヤに取り付けられる宅配物搭載装置において

    前記昇降ワイヤの下端に設けられる昇降体;及び
    前記昇降体に選択的に連結/分離自在に結合され、下部に保持部が備えられた使い捨て
    保持体;を含み、
    前記昇降体と前記使い捨て保持体とは、機械的または電磁気的相互作用によって自動で
    分離され、
    前記ドローンに取り付けられ、前記昇降ワイヤが貫通自在な中空を備え、前記昇降ワイ
    ヤを保護及びガイドするガイド部材をさらに含み、
    前記ガイド部材は、複数のパイプが多段で連結されて長さが伸縮自在な構造を有し、
    前記ガイド部材の内部または外部に配置され、前記ガイド部材が拡張又は縮小するとき
    、弾性力を提供するバネをさらに含むことを特徴とするドローンの宅配物搭載装置。
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