JP7259484B2 - 作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、農業用ロボットトラクターなどのような作業車両に関する。

走行経路を検出して、操舵制御を行いながら自律走行する車両の前部に、左右一対の障害物センサーをそれぞれ左右回動可能に設け、障害物センサーが障害物を検出すると車両を緊急停止する制御部を備えた作業車両において、操舵角度の大小などに応じて、障害物センサーの向きをほぼ旋回方向に向かうように回動させるものが公知である（例えば特許文献１参照）。

特開平６－１８９６１０号公報

しかしながら、車体が左右に傾斜した場合や、代掻き作業など水を張った圃場内を走行する際に車体が沈み込んだ場合などで、障害物センサーが水面や地面を障害物として誤検出することがあった。

本発明は、このような従来の作業車両の課題を考慮し、そのような誤検出をなくすため、障害物検出センサーの検出範囲を適切に変更して、効率よく作業可能な作業車両を提供することを目的とする。

第１の本発明は、
車体の周辺に存在する障害物の検出を行う障害物検出機構を備え、
前記障害物検出機構は前記車体の左側センサーと右側センサーを設け、
該左側センサーと右側センサーの検出範囲をそれぞれ変更可能に構成し、
あらかじめ設定された走行経路に沿って前記車体を走行させるための自動走行制御を、前記障害物検出機構の障害物検出結果を利用することにより行うコントローラーと、
前記車体の傾斜を検出する傾斜検出機構と、を備え、
前記コントローラーは、前記傾斜検出機構の検出結果を利用して、前記車体の傾斜を検出した場合は、前記障害物検出機構の障害物検出範囲を、傾斜していない場合に比べて狭くし、
作業機が前記車体に装着されており、
前記作業機を昇降するリフトアームと、
前記作業機の前記車体に対する高さを検出する高さセンサーと、
前記作業機の耕耘深さを検出する耕深センサーとを備え、
前記コントローラーは、前記高さセンサーの検出値と前記耕深センサーの検出値に基づいて、前記車体の地面に対する沈下量を算出し、前記沈下量に応じて、前記障害物検出機構の障害物検出範囲を変更する、作業車両である。
第２の本発明は、
前記障害物検出機構は複数個の障害物検出センサーを有し、
前記コントローラーは、
前記障害物検出機構を用いて自動運転中の障害物を検出する障害物検出モードと、前記障害物検出センサーの全部又は一部を用いて、前記車体の地面に対する沈下量を測定する沈下量測定モードとを有し、前記沈下量に応じて、前記障害物検出モードにおける、前記障害物検出機構の障害物検出範囲を変更する、、第１の本発明の作業車両である。
第３の本発明は、
前記コントローラーは、前記沈下量測定モードにおける前記障害物検出範囲を、前記障害物検出モードにおける前記障害物検出範囲より広く設定しておく、第２の本発明の作業車両である。
本発明に関連する第１の発明は、
車体の周辺に存在する障害物の検出を行う障害物検出機構を備え、
障害物検出機構は車体の左側センサーと右側センサーを設け、
該左側センサーと右側センサーの検出範囲をそれぞれ変更可能に構成することを特徴とする作業車両である。
これにより、耕運機の左右幅に応じて、検出範囲を変更することができる。
本発明に関連する第２の発明は、
車体の周辺に存在する障害物の検出を行う障害物検出機構と、
あらかじめ設定された走行経路に沿って前記車体を走行させるための自動走行制御を、前記障害物検出機構の障害物検出結果を利用することにより行うコントローラーと、
前記車両の傾斜を検出する傾斜検出機構と、を備え、
前記コントローラーは、前記傾斜検出機構の検出結果を利用して、前記車両の傾斜を検出した場合は、前記障害物検出機構の障害物検出範囲を、傾斜していない場合に比べて狭くすることを特徴とする作業車両である。

本発明に関連する第２の発明によって、地面の凹凸により車両が左右に傾斜しても、側方障害物センサーによる障害物判定範囲を小さくすることにより、地面を障害物と判定して停止することを抑制できるため、効率よく作業できる。

本発明に関連する第３の発明は、
作業機が前記作業車両に装着されており、
前記作業機を昇降するリフトアームと、
前記作業機の前記作業車両に対する高さを検出する高さセンサーと、
前記作業機の耕耘深さを検出する耕深センサーとを備え、
前記コントローラーは、前記高さセンサーの検出値と前記耕深センサーの検出値に基づいて、前記作業車両の地面に対する沈下量を算出し、前記沈下量に応じて、前記障害物検出機構の障害物検出範囲を変更する、本発明に関連する第２の発明の作業車両である。

本発明に関連する第３の発明によって、車体が沈下している場合は障害物センサーと地面との距離が近くなるため、障害物判定範囲を変更することにより、地面を障害物と判定して停止することを抑制できるため、効率よく作業できる。

本発明に関連する第４の発明は、
前記障害物検出機構は複数個の障害物検出センサーを有し、
前記コントローラーは、
前記障害物検出機構を用いて自動運転中の障害物を検出する障害物検出モードと、前記障害物検出センサーの全部又は一部を用いて、前記作業車両の地面に対する沈下量を測定する沈下量測定モードとを有し、前記沈下量に応じて、前記障害物検出モードにおける、前記障害物検出機構の障害物検出範囲を変更する、本発明に関連する第２の発明の作業車両である。

本発明に関連する第４の発明によって、沈下量測定のために、障害物センサーを兼用しているので、安価に車両の沈下量を直接測定することができる。

本発明に関連する第５の発明は、
前記コントローラーは、前記沈下量測定モードにおける前記障害物検出範囲を、前記障害物検出モードにおける前記障害物検出範囲より広く設定しておく、本発明に関連する第４の発明の作業車両である。

本発明に関連する第５の発明によって、沈下量を測定するために、障害物センサーを兼用していても、沈下量をより正確に測定することができる。

本発明により、耕運機の左右幅が変更したり、車体が傾斜したり沈下したりしても、適正に障害物を検出することができるので、適切に自動走行させることが可能な作業車両を提供することができる。また、地面の凹凸により車体が左右に傾斜しても、側方障害物センサーによる障害物判定範囲を小さくすることにより、地面を障害物と判定して停止することを抑制できるため、効率よく作業できる。さらに、車体が沈下している場合は障害物センサーと地面との距離が近くなるため、障害物判定範囲を変更することにより、地面を障害物と判定して停止することを抑制できるため、効率よく作業できる。

本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの左側面図 本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの平面図 本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの走行経路の説明図 本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの制御系の構成図 本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターのコントローラーを中心とするブロック図 本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの前後の検出を行う赤外線センサーを用いた様子を示す平面図 本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの傾斜状態を示す背面図 本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの障害物検出範囲を説明するための平面図 本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの作業機の幅と障害物検出範囲との関係を説明するための平面図 本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの沈下量の測定を説明するための左側面図 本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの沈下量と障害物検出範囲との関係を説明するための左側面図

以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。

はじめに、図１から図４を参照しながら、本発明における作業車両の一例である本実施の形態の農業用ロボットトラクターの構成および動作について具体的に説明する。

ここに、図１は本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの左側面図であり、図２は本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの平面図である。図３は本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターが圃場を自動走行する様子を示す略示平面図である。図４は本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの制御系の説明図である。

まず本実施の形態の農業用ロボットトラクターの基本的な構成および動作を説明する。コントローラー２００に関連する構成および動作などについては、後に詳細に説明する。

車体１０の前部のボンネット３１の内部には、エンジン３０が設けられている。エンジン３０の回転動力は、運転ユニット２０のフロア２１の下方に設けられているトランスミッションケースの内部のさまざまなクラッチを介して伝達される。より具体的には、主変速装置および副変速装置で変速された回転動力は、左前輪４０Ｌおよび右前輪４０Ｒ、ならびに左後輪５０Ｌおよび右後輪５０Ｒへ伝達される。

左側のフロア２１には、ブレーキペダル連結解除ペダルおよびクラッチペダルが配置されている。右側のフロア２１には、左ブレーキペダルおよび右ブレーキペダル、ならびにアクセルペダルが配置されている。車体１０の後部には、作業機１１が、たとえば３点リンク機構を利用して装着される。

図４において、コントローラー２００は、メモリーおよびタイマーなどと協働して動作する、耕耘作業機昇降制御部、エンジン制御部および走行制御部を有する。図３は本発明における実施の形態の農業用ロボットトラクターの走行経路Ｃの説明図である。

コントローラー２００は、あらかじめ設定された走行経路Ｃに沿って車体１０を走行させるための自動走行制御を、農業用ロボットトラクターおよび作業機１１の設定や、リモートコントローラー２０１からの指示、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）信号、および障害物検出機構６００の障害物検出結果などに基づいて行う。

車体位置測定機構５００は、車体１０の位置を測定する機構である。本実施の形態においては、車体位置測定機構５００は、ＧＮＳＳユニットを有する。なお、１１０は前後進クラッチ、１２０は主変速装置、１３０は副変速装置、２０１はリモートコントローラー、３２０は４ＷＤクラッチ、３３０は操舵シリンダー、３５０は車速センサー、４００Ｌは左ブレーキ装置、４００Ｒは右ブレーキ装置である。

本実施の形態においては、障害物検出機構６００は、二つの前側超音波センサー６１０、ならびに三つの左側超音波センサー６２０Ｌおよび三つの右側超音波センサー６２０Ｒを有する。これらは本発明の障害物検出センサーの一例である。

前側超音波センサー６１０は検出範囲Ａ１が車体１０の前側の範囲であるセンサーであり、左側超音波センサー６２０Ｌは検出範囲Ａ２Ｌが車体１０の左側の範囲であるセンサーであり、右側超音波センサー６２０Ｒは検出範囲Ａ２Ｒが車体１０の右側の範囲であるセンサーである。

障害物により反射された超音波の帰還時間に基づいて、前側超音波センサー６１０の検出範囲Ａ１、ならびに左側超音波センサー６２０Ｌの検出範囲Ａ２Ｌおよび右側超音波センサー６２０Ｒの検出範囲Ａ２Ｒにおける障害物の存在が認識された場合には、車体１０の自動停止が行われる。そのために、上記帰還時間について所定の閾値を定めておき、その時間内に反射信号が帰還すれば障害物の存在が認識されたことになる。図面においてはその範囲を模式化している。

図６は本発明における変形例の実施の形態の農業用ロボットトラクターの平面図であって、図６に示されているように、障害物検出機構６００は、一つの前側赤外線センサー６３０および一つの後側赤外線センサー６４０を有している。

ここに、前側赤外線センサー６３０は検出範囲Ａ３が車体１０の前側の範囲であるセンサーであり、後側赤外線センサー６４０は検出範囲Ａ４が車体１０の後側の範囲であるセンサーである。

障害物により反射された赤外線の帰還時間に基づいて、前側赤外線センサー６３０の検出範囲Ａ３および後側赤外線センサー６４０の検出範囲Ａ４における障害物の存在が認識された場合には、車体１０の自動停止が行われる。

もちろん、本発明の実施の形態においては、障害物検出機構６００は、車体ルーフへ取付けられた一つの全方向タイプ超音波センサーで前後左右を検出するようにしてもよい。

つぎに、図７から図１１を参照しながら、本実施の形態や別の実施の形態の農業用ロボットトラクターの構成および動作についてさらにより具体的に説明する。

図７は本実施の形態にかかる車体１０が圃場で傾斜している状態を示す略示背面図である。図の場合は、左側へ傾斜している状態である。ここに、上述したように、前側超音波センサー６１０の検出範囲Ａ１、左側超音波センサー６２０Ｌの検出範囲Ａ２Ｌ、右側超音波センサー６２０Ｒの検出範囲Ａ２Ｒが背面側から示されている。

１００は圃場の地面を示し、１０１はその圃場の一部が盛り上がった状態を示す。ここで、車体１０が走行中に右後輪５０Ｒがその盛り上がり部分１０１に乗り上げたとする。

そのため、車体１０は左側に傾く。その傾きを傾斜センサー３４０が検出する。図４に示すように、その傾斜センサー３４０の出力信号はコントローラー２００に入力される。コントローラー２００はその傾斜センサー３４０からの傾斜信号を受けて、障害物検出機構６００に検出範囲Ａ２Ｌ、Ａ２Ｒの変更を指示する。

その変更の仕方は、図７に示すように左側の各検出範囲Ａ２Ｌを、右側の対応する各検出範囲Ａ２Ｒよりも狭くする。つまり、図に示すように、車体１０が左側へ傾斜した場合、左側の検出範囲Ａ２Ｌをそれまでどおりの大きさの範囲としておくと、その傾斜が大きい場合、地面１００の存在により、障害物が存在しないにもかかわらず、検出信号を出力してしまう恐れがある。

しかしながら、図７に示すように、左側の検出範囲Ａ２Ｌを、傾斜していない場合に比べて狭くしているので、左側の検出範囲Ａ２Ｌが誤って地面１００を障害物として誤検出してしまう心配は無い。したがって、誤検出によってその都度車体１０が停止して作業能率が落ちる心配もない。なお、結果としては、傾斜していない側の検出範囲は変更されないので、傾斜した側の検出範囲の方が、傾斜していない側の検出範囲よりも狭く変更されることになる。

上述したように、その検出範囲の変更の程度は、傾斜の程度にかかわっているので、その検出範囲の変更の程度も、車体１０の傾斜の程度に比例させるのが望ましい。すなわち、傾斜が緩やかな場合は狭くする程度もゆるくし、傾斜がきつい場合は狭くする程度も大きくする。

図８は本実施の形態のトラクターの略示平面図であって、検出範囲Ａ２Ｌが狭く変更された検出範囲Ａ２Ｌ’や検出範囲Ａ２Ｒが狭く変更された検出範囲Ａ２Ｒ’を示している。Ｍ，Ｎはその狭くなる状況を示す符号である。

なお、車体１０の傾斜を検出するだけでなく、その傾斜に関する傾斜の角速度も検出しておき、それも利用することが望ましい。なぜなら、傾斜センサー３４０の検出にも応答遅れが発生する場合があり、そのような場合傾斜し始めているにも関わらず、検出範囲が狭くならず、誤検出が発生することがあったが、それを避けることができる。

図５は、主にコントローラー２００の構成を示すブロック図である。２０１は検出範囲を決定する基準時間手段であり、２０２は障害物検出機構６００の複数の超音波センサー６１０などから信号を受けとり障害物の存在を判断する障害物判断手段である。

また、２０３は、傾斜センサー３４０などのセンサーからの信号を受けとり上記基準時間手段２０１の基準時間を変更する、すなわち、検出範囲を変更する手段である。

図９は本発明の別の実施の形態を示し、車体１０の後ろに装着する作業機１１、例えば耕運機の左右幅に応じて、検出範囲を変更する場合を示す。検出範囲Ａ２ＲがＡ２Ｒ’に狭くなり、検出範囲Ａ２ＬがＡ２Ｌ’に狭くなる。図４において、２０２はその作業機１１の幅Ｐを入力する作業機幅入力手段である。

すなわち、作業機１１の幅Ｐが図９の場合のように大きいときは、検出範囲の設定次第では作業機１１を障害物として検出しかねない恐れがある。そこで、作業機１１の幅Ｐが大きい場合は、その程度に応じた検出範囲を狭くしたり、検出範囲の方向を変更することが望ましい。もちろん、作業機１１の幅が小さい場合は検出範囲を広げることも可能である。

また別の実施の形態について説明する。上述したように、図６において、障害物検出機構６００は、一つの前側赤外線センサー６３０および一つの後側赤外線センサー６４０を有している。ここに、前側赤外線センサー６３０は検出範囲Ａ３が車体１０の前側の範囲であるセンサーであり、後側赤外線センサー６４０は検出範囲Ａ４が車体１０の後側の範囲であるセンサーである。

ところで、上述したような車体１０が左右でなく（ローリング）、前後方向に傾斜することがある（ピッチング）。

上記各赤外線センサー６３０、６４０は、このような前後方向への傾斜がある場合も、検出範囲を変更しないと、上述したように地面１００の存在を障害物と誤検出する恐れがある。

そこで、傾斜センサー３４０はその前後方向の傾斜も検出し、その赤外線センサー６３０、６４０の検出範囲を変更する。その変更の仕方は、その傾斜の程度、方向などに応じて、左右範囲や前後範囲や高低範囲を誤検出しない範囲や方向に変更する。

なお、以上説明したローリングやピッチング検出用の傾斜センサー３４０としては、通常の装置のセンサーの他に、ＧＮＳＳアンテナに一体化されているＩＭＵ（慣性計測装置）の検出値を利用するタイプでもよい。コストの節約となる。

図１０は本発明のトラクターの別の実施の形態を示す側面図である。ここで、上述した場合はローリングにせよ、ピッチングにせよ、車体１０の傾斜に対応して障害物検出範囲を変更する場合であったが、本実施の形態では、車体１０の地面１００に対する沈下量に対応して障害物検出範囲を変更するものである。

すなわち、その車体１０の沈下量の測定方法にはいろいろあるが、本実施の形態では作業機１１の一例であるロータリーを用いる。図１０において、１１ａは作業機１１を保持するリフトアーム、１１ｂはそのリフトアーム１１ａの位置を検出する位置センサー、１１ｃは作業機１１のリヤカバー、１１ｄはそのリヤカバー１１ｃの角度を検出するセンサーである。これら位置センサー１１ｂ、角度センサー１１ｄは、図５における沈下センサー１２の一例である。

これらのセンサー１１ｂ、１１ｄの信号に基づき、コントローラー２００は後輪５０Ｌ、５０Ｒの地面１００に対する沈下量を測定する。すなわち、リヤカバー１１ｃが上がっていて、且つ、リフトアーム１１ａが上がっている場合は、沈下していると判断し、その沈下量も測定できる。

位置センサー１１ｂは、本発明の高さセンサーの一例であり、角度センサー１１ｄは、本発明の耕耘深さを検出する耕深センサーの一例である。

図１１はその様子を説明するための側面図であって、赤外線検出範囲Ａ３を、沈下している場合はＡ３’のように、狭くする。通常の検出範囲Ａ３では沈下している場合、地面１００を障害物として誤検出してしまう恐れがあるが、検出範囲Ａ３’のように狭くすることでこの誤検出が防止できる。

さらには、その沈下量に比例して、検出範囲Ａ３の狭める程度を変更することも望ましい。なお、このような沈下量が多き過ぎて検出範囲Ａ３が小さくなりすぎる場合は、車体１０の走行を停止させる。検出範囲Ａ３を狭めすぎると、誤検出の能力が低下しすぎるのでそれを防ぐためである。

次に、図１０において、１２ａは地面１００までの距離を測定する専用の超音波センサーであって、車体１０の前側に取付られており、超音波を地面１００に向けた放射し距離を測定する。その前側に取り付けられた位置は予めわかっているから、車輪の沈下量を測定できる。この超音波センサー１２ａによって測定された沈下量に応じて、コントローラー２００は検出範囲を変更する。この超音波センサー１２ａも上記沈下センサー１２の一例である。

なお、さらなる変形例として、この地面１００までの 距離を測定する超音波センサーを特別設けるのではなく、上述した超音波センサー６１０などのセンサーの一部で兼用することも可能である。

そのような変形例の場合は、車輪の沈下量を測定するモードと、障害物を検出するモードとを分けておいて、沈下量を測定するモードの場合はその検出範囲を、障害物を検出するモードの場合の検出範囲より広く設定しておく方法が望ましい（その方法は図５で説明したとおり基準時間を変更すればよい）。

そのように広くすることで確実に地面１００からの反射波を確実に読み取ることができる。沈下の程度が大きければ、短時間で反射波が戻ってくることで分かる。

なおまた、その沈下量を測定するモードは、車体１０の作業開始前に実行するのが望ましい。作業開始後は障害物検出モードに切り替えて実行する。車輪の沈下量は一つ圃場ではあまり変化は無いので、一度作業開始前に測定すれば十分である。

なお、本発明に関連した発明のプログラムは、上述された本発明に関連した発明の自動走行制御方法の全部または一部の動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。

また、本発明に関連した発明のプログラムの一利用形態は、インターネット、光、電波または音波などのような伝送媒体の中を伝送され、コンピュータにより読取られ、コンピュータと協働して動作するという形態であってもよい。

また、コンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのような純然たるハードウェアに限らず、ファームウェア、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、そしてさらに周辺機器を含んでもよい。

なお、上述されたように、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現されてもよいし、ハードウェア的に実現されてもよい。

本発明における作業車両は、傾斜した場合や沈下した場合にも円滑な自動走行制御を実現することができ、たとえば、農業用ロボットトラクターなどのような作業車両に利用する目的に有用である。

１０ 車体
１１ 作業機
１２ 沈下センサ
２０ 運転ユニット
２１ フロア
３０ エンジン
３１ ボンネット
４０Ｌ 左前輪
４０Ｒ 右前輪
５０Ｌ 左後輪
５０Ｒ 右後輪
１１０ 前後進クラッチ
１２０ 主変速装置
１３０ 副変速装置
２００ コントローラー
２０１ リモートコントローラー
３２０ ４ＷＤクラッチ
３３０ 操舵シリンダー
３４０ 傾斜センサー
３５０ 車速センサー
４００Ｌ 左ブレーキ装置
４００Ｒ 右ブレーキ装置
５００ 車体位置測定機構
６００ 障害物検出機構
６０１ 積層灯
６１０ 前側超音波センサー
６２０Ｌ 左側超音波センサー
６２０Ｒ 右側超音波センサー
６３０ 前側赤外線センサー
６４０ 後側赤外線センサー
Ａ、Ａ１、Ａ２Ｌ、Ａ２Ｒ、Ａ３、Ａ４ 検出範囲
Ｃ 走行経路

Claims (3)

1. 車体の周辺に存在する障害物の検出を行う障害物検出機構を備え、
   前記障害物検出機構は前記車体の左側センサーと右側センサーを設け、
   該左側センサーと右側センサーの検出範囲をそれぞれ変更可能に構成し、
   あらかじめ設定された走行経路に沿って前記車体を走行させるための自動走行制御を、前記障害物検出機構の障害物検出結果を利用することにより行うコントローラーと、
   前記車体の傾斜を検出する傾斜検出機構と、を備え、
   前記コントローラーは、前記傾斜検出機構の検出結果を利用して、前記車体の傾斜を検出した場合は、前記障害物検出機構の障害物検出範囲を、傾斜していない場合に比べて狭くし、
   作業機が前記車体に装着されており、
   前記作業機を昇降するリフトアームと、
   前記作業機の前記車体に対する高さを検出する高さセンサーと、
   前記作業機の耕耘深さを検出する耕深センサーとを備え、
   前記コントローラーは、前記高さセンサーの検出値と前記耕深センサーの検出値に基づいて、前記車体の地面に対する沈下量を算出し、前記沈下量に応じて、前記障害物検出機構の障害物検出範囲を変更する、作業車両。
2. 前記障害物検出機構は複数個の障害物検出センサーを有し、
   前記コントローラーは、
   前記障害物検出機構を用いて自動運転中の障害物を検出する障害物検出モードと、前記障害物検出センサーの全部又は一部を用いて、前記車体の地面に対する沈下量を測定する沈下量測定モードとを有し、前記沈下量に応じて、前記障害物検出モードにおける、前記障害物検出機構の障害物検出範囲を変更する、請求項１記載の作業車両。
3. 前記コントローラーは、前記沈下量測定モードにおける前記障害物検出範囲を、前記障害物検出モードにおける前記障害物検出範囲より広く設定しておく、請求項２記載の作業車両。

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