JPH09190207A - 多関節ロボットの可動範囲制限装置 - Google Patents
多関節ロボットの可動範囲制限装置Info
- Publication number
- JPH09190207A JPH09190207A JP610996A JP610996A JPH09190207A JP H09190207 A JPH09190207 A JP H09190207A JP 610996 A JP610996 A JP 610996A JP 610996 A JP610996 A JP 610996A JP H09190207 A JPH09190207 A JP H09190207A
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- JP
- Japan
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- joint
- movable range
- angle
- joints
- range
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多関節ロボットにおいて、可動範囲を広くし
ても干渉が生じないようにする。 【解決手段】 基台１上に、第１アーム２、第２アーム
３が備えられ、第１、第２アーム２、３を６つの関節に
て図に示す矢印方向に回転させる多関節ロボットにおい
て、各関節の可動範囲を予め定めた広角の限界値に制限
するとともに、第２、第３関節５、６の角度指令値
θ2 、θ3 が所定の角度関係を満たすか否かを判定し
て、基台１と第２アーム３が干渉しないように可動範囲
を制限した。
ても干渉が生じないようにする。 【解決手段】 基台１上に、第１アーム２、第２アーム
３が備えられ、第１、第２アーム２、３を６つの関節に
て図に示す矢印方向に回転させる多関節ロボットにおい
て、各関節の可動範囲を予め定めた広角の限界値に制限
するとともに、第２、第３関節５、６の角度指令値
θ2 、θ3 が所定の角度関係を満たすか否かを判定し
て、基台１と第２アーム３が干渉しないように可動範囲
を制限した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多関節ロボットの
各関節の可動範囲を所定角度範囲に制限するようにした
多関節ロボットの可動範囲制限装置に関する。
各関節の可動範囲を所定角度範囲に制限するようにした
多関節ロボットの可動範囲制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１に、多関節ロボットの斜視図を示
す。この多関節ロボットは、基台（ベース）１と、第１
アーム２と、第２アーム３と、ハンド取付部４とを有
し、これらを６つの関節にて図に示す矢印方向に回転さ
せるようにしている。図中には、第２、第３関節を符号
５、６で示している。なお、ハンド取付部４には、ツー
ルとしてのハンドが取り付けられる。
す。この多関節ロボットは、基台（ベース）１と、第１
アーム２と、第２アーム３と、ハンド取付部４とを有
し、これらを６つの関節にて図に示す矢印方向に回転さ
せるようにしている。図中には、第２、第３関節を符号
５、６で示している。なお、ハンド取付部４には、ツー
ルとしてのハンドが取り付けられる。
【０００３】このような多関節ロボットにおいて、作業
者がティーチング（位置の教示）を行う場合、各関節の
可動範囲は、他の関節角度がいかなる場合であってもア
ームとアーム、アームとベースが干渉しないように制限
されている。このような関節の可動範囲を制限するもの
として、特開平３ー７９２９４号公報に示すものがあ
る。このものでは、多関節ロボットの各関節の可動範囲
を所定の角度範囲にソフト的に制限している。
者がティーチング（位置の教示）を行う場合、各関節の
可動範囲は、他の関節角度がいかなる場合であってもア
ームとアーム、アームとベースが干渉しないように制限
されている。このような関節の可動範囲を制限するもの
として、特開平３ー７９２９４号公報に示すものがあ
る。このものでは、多関節ロボットの各関節の可動範囲
を所定の角度範囲にソフト的に制限している。
【０００４】また、図１に示す多関節ロボットにおいて
は、メカ的にも各関節の可動範囲を制限している。例え
ば、図７に示すように、第２関節５の可動範囲を可動範
囲制限ボルト７により制限している。このような多関節
ロボットにおいては、図８に示すように、Ｐ点（仮想の
ハンド位置）の動作範囲がに制限される。
は、メカ的にも各関節の可動範囲を制限している。例え
ば、図７に示すように、第２関節５の可動範囲を可動範
囲制限ボルト７により制限している。このような多関節
ロボットにおいては、図８に示すように、Ｐ点（仮想の
ハンド位置）の動作範囲がに制限される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たソフト的およびメカ的な可動範囲の制限により、可動
範囲を広くすることができないという問題がある。可動
範囲を広くするためには、ソフト的な可動範囲の制限を
緩く（すなわち可動範囲を制限する限界角度を大きく）
し、かつ上記した可動範囲制限ボルト７をなくせばよ
い。
たソフト的およびメカ的な可動範囲の制限により、可動
範囲を広くすることができないという問題がある。可動
範囲を広くするためには、ソフト的な可動範囲の制限を
緩く（すなわち可動範囲を制限する限界角度を大きく）
し、かつ上記した可動範囲制限ボルト７をなくせばよ
い。
【０００６】しかしながら、このように可動範囲を広く
すると、アームとベースが干渉してしまうことが判明し
た。例えば、第１アーム２の軸方向を基準とし左回りを
正の角度、右回りを負の角度として、第２関節５の可動
範囲を、それまでの−５５°から−８５°に広くした場
合、Ｐ点の動作範囲が＋に拡大する。しかし、その
ようにした場合、図９に示すように、第２アーム３とベ
ース１とが干渉する場合があることが判明した。
すると、アームとベースが干渉してしまうことが判明し
た。例えば、第１アーム２の軸方向を基準とし左回りを
正の角度、右回りを負の角度として、第２関節５の可動
範囲を、それまでの−５５°から−８５°に広くした場
合、Ｐ点の動作範囲が＋に拡大する。しかし、その
ようにした場合、図９に示すように、第２アーム３とベ
ース１とが干渉する場合があることが判明した。
【０００７】本発明は上記問題に鑑みたもので、可動範
囲を広くしても干渉が生じないようにすることを目的と
する。
囲を広くしても干渉が生じないようにすることを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、少なくとも２つ
の関節の角度指令値（θ2 、θ3 ）間の角度関係を用い
て、基台とアームあるいはアーム間に干渉が生じるか否
かを判定する判定手段（１０４）を設け、各関節の可動
範囲を干渉が生じない範囲に制限するようにしたことを
特徴としている。
め、請求項１に記載の発明においては、少なくとも２つ
の関節の角度指令値（θ2 、θ3 ）間の角度関係を用い
て、基台とアームあるいはアーム間に干渉が生じるか否
かを判定する判定手段（１０４）を設け、各関節の可動
範囲を干渉が生じない範囲に制限するようにしたことを
特徴としている。
【０００９】従って、可動範囲を広くしても、少なくと
も２つの関節の角度指令値（θ2 、θ3 ）間の角度関係
による判定を用いて、基台とアームあるいはアーム間の
干渉が生じないようにすることができる。また、請求項
２に記載の発明においては、上記した判定手段（１０
４）により干渉が生じることが判定された時であって
も、２つの関節の角度指令値（θ2 、θ3 ）が、それぞ
れの関節の現在角度との関係により動作可能方向にある
ことを判定して、各関節を可動させる手段（１０７、１
０８）を設けたことを特徴としている。
も２つの関節の角度指令値（θ2 、θ3 ）間の角度関係
による判定を用いて、基台とアームあるいはアーム間の
干渉が生じないようにすることができる。また、請求項
２に記載の発明においては、上記した判定手段（１０
４）により干渉が生じることが判定された時であって
も、２つの関節の角度指令値（θ2 、θ3 ）が、それぞ
れの関節の現在角度との関係により動作可能方向にある
ことを判定して、各関節を可動させる手段（１０７、１
０８）を設けたことを特徴としている。
【００１０】このことにより、干渉が生じる範囲に入っ
てしまった場合でも、次の指令値が動作可能方向にあれ
ば、各関節を可動させて、干渉が生じない範囲に脱出さ
せることができる。
てしまった場合でも、次の指令値が動作可能方向にあれ
ば、各関節を可動させて、干渉が生じない範囲に脱出さ
せることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。なお、以下に示す実施形態では、図
１に示す多関節ロボットにおいて、上記したように、ソ
フト的な可動範囲の制限を緩くし、かつ可動範囲制限ボ
ルト７をなくして、可動範囲を広くしている。
について説明する。なお、以下に示す実施形態では、図
１に示す多関節ロボットにおいて、上記したように、ソ
フト的な可動範囲の制限を緩くし、かつ可動範囲制限ボ
ルト７をなくして、可動範囲を広くしている。
【００１２】図２に、多関節ロボットの可動範囲制限装
置のブロック構成を示す。回転角センサ１０は６つの関
節の角度を検出する。この角度検出はエンコーダを用い
て行うことができる。制御装置２０は、ティーチング時
に回転角センサ１０にて検出された各関節角度、あるい
は図示しない入力装置にて設定入力された各関節角度に
より、各関節の動作角度の指令値（θ1 〜θ6 ）を作成
し、その指令値が適正な角度を示しているか否かをチェ
ックする。このチェックにより指令値が適正であると判
定した場合には、その指令値に基づいて、各関節の駆動
を行う駆動装置４０を動作させる。
置のブロック構成を示す。回転角センサ１０は６つの関
節の角度を検出する。この角度検出はエンコーダを用い
て行うことができる。制御装置２０は、ティーチング時
に回転角センサ１０にて検出された各関節角度、あるい
は図示しない入力装置にて設定入力された各関節角度に
より、各関節の動作角度の指令値（θ1 〜θ6 ）を作成
し、その指令値が適正な角度を示しているか否かをチェ
ックする。このチェックにより指令値が適正であると判
定した場合には、その指令値に基づいて、各関節の駆動
を行う駆動装置４０を動作させる。
【００１３】また、そのチェックにより指令値が適正な
角度を示していないと判定した場合には、表示装置３０
によりエラー表示を行わせるとともに、駆動装置４０の
動作を停止させる。 （第１の制御例）上記した動作を行う制御装置２０の具
体的作動について、図３に示すフローチャートを基に説
明する。
角度を示していないと判定した場合には、表示装置３０
によりエラー表示を行わせるとともに、駆動装置４０の
動作を停止させる。 （第１の制御例）上記した動作を行う制御装置２０の具
体的作動について、図３に示すフローチャートを基に説
明する。
【００１４】まず、各関節の動作角度の指令値（θ1 〜
θ6 ）を作成する（ステップ１０１）。この指令値は、
上記したように、回転角センサ１０にて検出された各関
節角度、あるいは図示しない入力装置にて設定入力され
た各関節角度から作成される。次に、各関節の動作角度
の指令値（θ1 〜θ6 ）のそれぞれが、それぞれに対し
て設定された可動範囲内（上限値と下限値の間）に入っ
ているか否かをチェックする（ステップ１０２）。すな
わち、Ｐ点の動作範囲が図８に示す＋の範囲内にな
るように、それぞれの関節に対して設定された可動範囲
内に入っているか否かをチェックする。
θ6 ）を作成する（ステップ１０１）。この指令値は、
上記したように、回転角センサ１０にて検出された各関
節角度、あるいは図示しない入力装置にて設定入力され
た各関節角度から作成される。次に、各関節の動作角度
の指令値（θ1 〜θ6 ）のそれぞれが、それぞれに対し
て設定された可動範囲内（上限値と下限値の間）に入っ
ているか否かをチェックする（ステップ１０２）。すな
わち、Ｐ点の動作範囲が図８に示す＋の範囲内にな
るように、それぞれの関節に対して設定された可動範囲
内に入っているか否かをチェックする。
【００１５】指令値が可動範囲内にない時は、表示装置
３０にエラー表示させるとともに駆動装置４０の動作を
停止させる（ステップ１０３）。また、指令値が可動範
囲内にある時は、第３関節６の角度指令値θ3 と第２関
節５の角度指令値θ2 とが数式１を満たすか否かを判定
する（ステップ１０４）。
３０にエラー表示させるとともに駆動装置４０の動作を
停止させる（ステップ１０３）。また、指令値が可動範
囲内にある時は、第３関節６の角度指令値θ3 と第２関
節５の角度指令値θ2 とが数式１を満たすか否かを判定
する（ステップ１０４）。
【００１６】
【数１】θ3 ＞−２．２５×θ2 −１１３．２５° この数式１を満たすか否かの判定は、図９に示すような
干渉が起きないようにするためのものであり、その関係
式は、図４に示す実験結果に基づいて設定されている。
すなわち、図４に示す斜線領域において干渉が起こるこ
とが実験により確認されており、この実験結果から一次
近似式を求めて数式１を作成している。従って、数式１
の角度関係を満たすことにより、第２アーム３とベース
１との干渉を防止することができる。
干渉が起きないようにするためのものであり、その関係
式は、図４に示す実験結果に基づいて設定されている。
すなわち、図４に示す斜線領域において干渉が起こるこ
とが実験により確認されており、この実験結果から一次
近似式を求めて数式１を作成している。従って、数式１
の角度関係を満たすことにより、第２アーム３とベース
１との干渉を防止することができる。
【００１７】そして、ステップ１０４にて干渉を起こす
角度関係にあると判定されると、ステップ１０３でエラ
ー表示およびロボットの停止処理を行うが、干渉を起こ
す角度関係にないと判定されると、指令値を出力する
（ステップ１０５）。この出力された指令値に基づき、
干渉を起こさないように各関節の駆動を行うことができ
る。
角度関係にあると判定されると、ステップ１０３でエラ
ー表示およびロボットの停止処理を行うが、干渉を起こ
す角度関係にないと判定されると、指令値を出力する
（ステップ１０５）。この出力された指令値に基づき、
干渉を起こさないように各関節の駆動を行うことができ
る。
【００１８】なお、干渉を生じるＰ点の動作範囲は図５
のの範囲であるため、上記ステップ１０４による角度
関係の判定を加えることにより、Ｐ点の動作範囲を図５
に示す＋−とし、従来のものよりも広く、かつ干
渉を起こさない可動範囲とすることができる。 （第２の制御例）上記した第１の制御例では、数式１の
角度関係を満たさない範囲を動作禁止範囲としている。
この動作禁止範囲は、（１）実際にロボットに干渉する
部分と、（２）本来動作可能な関節角度であるが、第２
アーム３とベース１とがぶつからないように安全に停止
できるように動作禁止している部分から定義されてい
る。
のの範囲であるため、上記ステップ１０４による角度
関係の判定を加えることにより、Ｐ点の動作範囲を図５
に示す＋−とし、従来のものよりも広く、かつ干
渉を起こさない可動範囲とすることができる。 （第２の制御例）上記した第１の制御例では、数式１の
角度関係を満たさない範囲を動作禁止範囲としている。
この動作禁止範囲は、（１）実際にロボットに干渉する
部分と、（２）本来動作可能な関節角度であるが、第２
アーム３とベース１とがぶつからないように安全に停止
できるように動作禁止している部分から定義されてい
る。
【００１９】通常、ロボットを制御装置にて動作させる
場合、（２）の部分に入る手前で停止させるようにして
いるが、動作禁止範囲付近でエラーが発生した場合に
は、惰性で（２）の部分に入ってしまうことがある。こ
の時、安全な方向に制御装置から動作指令値が出力され
たとしても、その指令値は動作禁止範囲内にあるため、
この時にはエラーを出力して現在位置で停止したままと
なり、その位置から動作できなくなってしまうという問
題がある。
場合、（２）の部分に入る手前で停止させるようにして
いるが、動作禁止範囲付近でエラーが発生した場合に
は、惰性で（２）の部分に入ってしまうことがある。こ
の時、安全な方向に制御装置から動作指令値が出力され
たとしても、その指令値は動作禁止範囲内にあるため、
この時にはエラーを出力して現在位置で停止したままと
なり、その位置から動作できなくなってしまうという問
題がある。
【００２０】そこで、この第２の制御例においては、第
３関節６の角度指令値θ3 と第２関節５の角度指令値θ
2 とが数式１を満たさずに動作禁止範囲に入った場合で
も、後述する所定の関係を満たす場合には動作可能とし
て、動作禁止範囲からの脱出を可能としている。この制
御例における制御装置２０の具体的作動について、図６
に示すフローチャートを基に説明する。この制御例で
は、図３のステップ１０１〜１０５に加え、新たにステ
ップ１０６〜１０８を設けている。
３関節６の角度指令値θ3 と第２関節５の角度指令値θ
2 とが数式１を満たさずに動作禁止範囲に入った場合で
も、後述する所定の関係を満たす場合には動作可能とし
て、動作禁止範囲からの脱出を可能としている。この制
御例における制御装置２０の具体的作動について、図６
に示すフローチャートを基に説明する。この制御例で
は、図３のステップ１０１〜１０５に加え、新たにステ
ップ１０６〜１０８を設けている。
【００２１】ステップ１０４において、第２関節５の角
度指令値θ2 と第３関節６の角度指令値θ3 とが干渉を
起こす角度関係にあると判定されると、第２関節５と第
３関節６のそれぞれの現在角度（回転角センサ１０にて
検出された第２、第３関節角度）により、動作禁止範囲
にあるか否かを判定する（ステップ１０６）。具体的に
は、数式１を用い、角度指令値θ2 とθ3 の代わりにそ
れぞれの現在角度を当てはめ、数式１の角度関係を満た
さない時に動作禁止範囲にあるとする。
度指令値θ2 と第３関節６の角度指令値θ3 とが干渉を
起こす角度関係にあると判定されると、第２関節５と第
３関節６のそれぞれの現在角度（回転角センサ１０にて
検出された第２、第３関節角度）により、動作禁止範囲
にあるか否かを判定する（ステップ１０６）。具体的に
は、数式１を用い、角度指令値θ2 とθ3 の代わりにそ
れぞれの現在角度を当てはめ、数式１の角度関係を満た
さない時に動作禁止範囲にあるとする。
【００２２】次に、第２関節５（すなわち２軸）の次の
指令値θ2 が、２軸の現在角度以上か否か判定する（ス
テップ１０７）。この判定がＹＥＳの時には、２軸の次
の指令値θ2 が動作可能方向にあるとし、さらに第３関
節６（すなわち３軸）の次の指令値θ3 が、３軸の現在
角度以上か否か判定する（ステップ１０８）。この判定
がＹＥＳの時には、３軸の次の指令値θ3 が動作可能方
向であるとする。
指令値θ2 が、２軸の現在角度以上か否か判定する（ス
テップ１０７）。この判定がＹＥＳの時には、２軸の次
の指令値θ2 が動作可能方向にあるとし、さらに第３関
節６（すなわち３軸）の次の指令値θ3 が、３軸の現在
角度以上か否か判定する（ステップ１０８）。この判定
がＹＥＳの時には、３軸の次の指令値θ3 が動作可能方
向であるとする。
【００２３】なお、動作禁止範囲内での動作可能方向と
は、動作方向がロボットの本体とアームが干渉する部分
から離れていく方向である。従って、動作禁止範囲付近
でエラーが発生し、惰性で動作禁止範囲に入ってしまっ
た場合でも、２軸と３軸の次の指令値がそれぞれの現在
角度以上であれば、２軸と３軸とも動作可能方向にある
として、それぞれの指令値を出力する（ステップ１０
５）。その結果、動作禁止範囲からの移動を行うことが
できる。
は、動作方向がロボットの本体とアームが干渉する部分
から離れていく方向である。従って、動作禁止範囲付近
でエラーが発生し、惰性で動作禁止範囲に入ってしまっ
た場合でも、２軸と３軸の次の指令値がそれぞれの現在
角度以上であれば、２軸と３軸とも動作可能方向にある
として、それぞれの指令値を出力する（ステップ１０
５）。その結果、動作禁止範囲からの移動を行うことが
できる。
【００２４】なお、本発明は図１に示すような多関節ロ
ボット以外の他の多関節ロボットにおいても適用でき、
その場合に、基台とアーム以外に、アームとアームとの
干渉が生じないように、少なくとも２つの関節の角度指
令値間の角度関係を用いてその判定を行うようにするこ
ともできる。また、その場合、２つに限らずより多くの
関節の角度指令値間の角度関係を用いるようにしてもよ
い。
ボット以外の他の多関節ロボットにおいても適用でき、
その場合に、基台とアーム以外に、アームとアームとの
干渉が生じないように、少なくとも２つの関節の角度指
令値間の角度関係を用いてその判定を行うようにするこ
ともできる。また、その場合、２つに限らずより多くの
関節の角度指令値間の角度関係を用いるようにしてもよ
い。
【図１】多関節ロボットの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す多関節ロボットの可
動範囲制限装置のブロック構成を示す図である。
動範囲制限装置のブロック構成を示す図である。
【図３】図２中の制御装置２０の第１の制御例を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図４】図９に示す干渉が生じない、第３関節６の角度
θ3 と第２関節５の角度θ2 との角度関係を設定するた
めの実験結果を示す図である。
θ3 と第２関節５の角度θ2 との角度関係を設定するた
めの実験結果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による多関節ロボットのＰ
点の動作範囲を説明するための図である。
点の動作範囲を説明するための図である。
【図６】制御装置２０の第２の制御例を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図７】従来の多関節ロボットにおいて、第２関節５の
可動範囲を可動範囲制限ボルト７により制限している状
態を示す図である。
可動範囲を可動範囲制限ボルト７により制限している状
態を示す図である。
【図８】従来の多関節ロボットのＰ点の動作範囲を説明
するための図である。
するための図である。
【図９】第２アーム３とベース１とが干渉する状態を示
す図である。
す図である。
１…基台、２…第１アーム、３…第２アーム、４…ハン
ド取付部、５…第２関節、６…第３関節。
ド取付部、５…第２関節、６…第３関節。
Claims (2)
- 【請求項１】 基台（１）上に備えられた複数のアーム
（２、３）を複数の関節（５、６）にて回転させる多関
節ロボットに適用し、前記各関節の可動範囲を所定角度
範囲に制限するようにした多関節ロボットの可動範囲制
限装置において、 少なくとも２つの関節の角度指令値（θ2 、θ3 ）間の
角度関係を用いて前記基台とアームあるいはアーム間に
干渉が生じるか否かを判定する判定手段（１０４）を設
け、前記各関節の可動範囲を前記干渉が生じない範囲に
制限するようにしたことを特徴とする多関節ロボットの
可動範囲制限装置。 - 【請求項２】 前記判定手段にて干渉が生じることが判
定された時に、前記２つの関節の角度指令値が、それぞ
れの関節の現在角度との関係により動作可能方向にある
ことを判定して、前記各関節を可動させる手段（１０
７、１０８）を設けたことを特徴とする請求項１に記載
の多関節ロボットの可動範囲制限装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00610996A JP3355902B2 (ja) | 1995-11-08 | 1996-01-17 | 多関節ロボットの可動範囲制限装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-289965 | 1995-11-08 | ||
| JP28996595 | 1995-11-08 | ||
| JP00610996A JP3355902B2 (ja) | 1995-11-08 | 1996-01-17 | 多関節ロボットの可動範囲制限装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09190207A true JPH09190207A (ja) | 1997-07-22 |
| JP3355902B2 JP3355902B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=26340188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00610996A Expired - Lifetime JP3355902B2 (ja) | 1995-11-08 | 1996-01-17 | 多関節ロボットの可動範囲制限装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3355902B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN105881516A (zh) * | 2016-05-28 | 2016-08-24 | 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 | 一种设有一对小臂的轻型六轴通用机器人 |
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