KR102527472B1 - 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구 - Google Patents

사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용자의 발이 안착되는 제1프레임과, 상기 제1프레임에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 종아리에 접하거나 근접하게 위치되는 제2프레임과, 상기 제2프레임에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 넓적다리에 접하거나 근접하게 위치되는 제3프레임과, 상기 제3프레임에 회동 가능하게 연결되되, 사용자의 다리 면적에 대응되게 회동되는 제4프레임과, 상기 제4프레임에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 넓적다리 뒷 방향에 접하거나 근접하게 위치되는 제5프레임 및 상기 제3프레임과 상기 제5프레임 사이에 위치하여, 사용자의 자세 변경으로 인해, 상기 제3프레임과 상기 제5프레임의 유동 간격이 형성될 때 발생되는 완충력을 흡수하는 완충흡수부재를 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구에 관한 것이다.

Description

사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구{An assistive device supporting the musculoskeletal system that can change motion according to the user's intention}
본 발명은 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 착용상태에서도 자유로운 움직임 및 보행이 가능하고, 작업 환경에 구애받지 않으며, 사용자의 의도에 따라 손쉽게 동작을 변환할 수 있는 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구에 관한 것이다.
일반적으로, 기계화율이 낮은 작업, 예를 들어 산업 또는 농업환경에서 필수적으로 인력이 투입되어야만 하는 작업은 작업 자세, 예를 들어 쪼그리고 앉는 자세나 무릎을 꿇는 자세 등 좋지 않은 자세로 반복적인 작업이 수행되기 때문에 근골격계 질환, 특히 다리 및 무릎 질환이 빈번하게 발생하게 된다.
이에 각종 의자나 지지대 등과 같이 사용자의 자세 유지를 보조할 수 있는 보조장치를 두고 이를 통해 자세를 교정하기도 하나, 작업하는 장소마다 의자나 지지대를 들고다니기에도 불편하고, 작업에 따라 자세의 높낮이가 달라지게 되므로 잘 사용하지 않게 되는 문제점이 있었다.
이에, 근육병 환자를 위한 재활 보조기구로부터 최근에는 노인 및 장애인을 위한 근력 보조 역할 및 무거운 군장을 지는 군인용 근력 증폭기, 외과수술환자(개복환자) 및 오랫동안 병원 생활을 한 내과 환자 등의 보행 보조 등으로 응용되고 있으며 사용자가 착용하는 형태의 착용식 로봇인 외골격 근력 보조기가 사용되기도 한다.
그러나, 현재 개발되어 있는 외골격 근력 보조기는 동력장치, 예를 들어 모터나 엑추에이터, 실린더 등과 같은 구성이 포함되어 있기 때문에 무게가 무겁고 부피가 커지게 되어 노인이나 환자 등과 같이 근력이 크게 저하된 사람에게는 착용 자체도 어렵고, 착용하더라도 보행이나 여러 가지 동작에 불편함을 느끼게 되는 단점이 있었다.
또한, 착용식 로봇의 부피가 크면, 사용자가 협소한 장소(예를 들어, 화장실, 팔걸이 의자 등)를 지나가거나 또는 앉는 등의 동작 자체가 주변 사물의 간섭으로 인해 어려운 문제점이 있었다.
특허문헌1 : 등록특허공보 제10-1368817(등록일 2014.02.24)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 착용상태에서도 자유로운 움직임 및 보행이 가능하고, 작업 환경에 구애받지 않으며, 사용자의 의도에 따라 손쉽게 동작을 변환할 수 있는 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구는, 사용자의 발이 안착되는 제1프레임; 상기 제1프레임에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 종아리에 접하거나 근접하게 위치되는 제2프레임; 상기 제2프레임에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 넓적다리에 접하거나 근접하게 위치되는 제3프레임; 상기 제3프레임에 회동 가능하게 연결되되, 사용자의 다리 면적에 대응되게 회동되는 제4프레임; 상기 제4프레임에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 넓적다리 뒷 방향에 접하거나 근접하게 위치되는 제5프레임 및 상기 제3프레임과 상기 제5프레임 사이에 위치하여, 사용자의 자세 변경으로 인해, 상기 제3프레임과 상기 제5프레임의 유동 간격이 형성될 때 발생되는 완충력을 흡수하는 완충흡수부재를 포함한다.
상기 제3프레임은, 사용자의 넓적다리의 뒷 방향으로 소정의 길이로 연장되는 연장부와, 상기 연장부와 회동 가능하게 연결되되, 상기 제5프레임과 회동가능하게 연결되고, 지면 방향으로 연장되어, 사용자의 자세에 따라 지면에 접촉되는 안착프레임을 포함할 수 있다.
상기 제3프레임은, 상기 제4프레임과 회동 연결되되, 상기 사용자의 다리 길이에 따라 길이 조절이 가능한 길이조절부를 포함할 수 있다.
사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구는, 상기 제4프레임 및 제5프레임에 결합되어, 사용자의 엉덩이가 일측에 안착되는 안착부를 포함할 수 있다.
상기 안착부는, 타측에 설치되는 손잡이와, 상기 손잡이를 고정시키는 손잡이고정부를 포함할 수 있다.
상기 제1프레임과, 상기 제2프레임 및 상기 제3프레임은, 각각 사용자의 다리에 고정 결합되는 결합수단부를 포함할 수 있다.
사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구는, 이동이 편리하도록 상기 제1프레임 하방에 결합되는 이동수단을 포함할 수 있다.
상기 이동수단은, 바퀴와, 상기 바퀴가 회동되도록 상기 제1프레임 일측에 결합되는 회동부와, 상기 바퀴와 회동부 사이에 위치하여, 상기 바퀴가 상기 제1프레임에 접촉되는 것을 방지하는 간격부와, 상기 바퀴를 사용하지 않을 시, 상기 바퀴를 제1프레임 일측에 고정시키는 고정부를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구는 착용상태에서도 자유로운 움직임 및 보행이 가능하고, 작업 환경에 구애받지 않으며, 사용자의 의도에 따라 손쉽게 동작을 변환할 수 있는 효과를 갖는다.
더불어, 정강이와 엉덩이를 지탱해줌으로써, 허리와 무릎에 걸리는 부하를 분산시킬 수 있어, 사용자가 앉아서 휴식이 가능할 뿐만 아니라, 기립 시 근력을 보조하며 계단을 포함한 어느 지형이든 착용한 상태로 이동이 가능한 효과를 갖는다.
또한, 완충흡수부재가 설치되어, 사용자의 자세에 따라 발생되는 완충력을 흡수할 뿐만 아니라, 사용자의 동작 변환 시에 필요한 근력을 보조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 사용하지 않을 때에는 이동 및 보관이 편리하도록 설계되어, 사용자가 편리하게 이동 및 보관할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구를 착용한 상태에서 사용자가 다양한 자세를 취했을 때 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구의 작동 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구의 완충흡수부재를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구의 이동수단을 나타낸 도면이다.
도 8은 글골격계를 지지하는 보조기구가 사용될 상황을 나타낸 참고도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구를 나타낸 도면이고, 도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구를 착용한 상태에서 사용자가 다양한 자세를 취했을 때 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구의 작동 구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구의 완충흡수부재를 나타낸 도면이며, 도 6 및 도 7은 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구의 이동수단을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구(10)는, 사용자의 양 다리에 사용되는 제1프레임(100)과, 제2프레임(200)과, 제3프레임(300)과, 제4프레임(400)과, 제5프레임(500) 및 완충흡수부재(600)로 구성된다.
제1프레임(100)은, 사용자의 발이 안착된다. 이때 제1프레임(100)은 사용자의 발을 지지하도록 사용자의 발바닥이 위치되도록 지지판(미도시)이 설치될 수 있다.
또한 지지판은 사용자의 발바닥과의 마찰로 인해, 미끄러지는 것을 방지하기 위해 표면에 미끄럼방지패드가 부착될 수 있다.
또한 지지판에 패드가 미부착되더라도 지지판에 사용자의 발바닥과의 마찰로 인해, 미끄러지는 것을 방지기위해 지지판 표면이 지그재그 또는 울퉁불퉁한 모양 등 다양한 모양으로 돌출과 홈이 반복 형성될 수 있다.
제2프레임(200)은, 제1프레임(100)에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 종아리에 접하거나 근접하게 위치된다.
제3프레임(300)은, 제2프레임(200)에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 넓적다리(허벅지)에 접하거나 근접하게 위치된다.
또한 제3프레임(300)은, 연장부(310)와, 안착프레임(320)을 포함할 수 있다. 여기서 연장부(310)는 사용자의 넓적다리의 뒷 방향으로 소정의 길이로 연장될 수 있다.
그리고 안착프레임(320)은 연장부(310)와 회동 가능하게 연결되되, 제5프레임(500)과 회동가능하게 연결되고, 지면 방향으로 연장되어, 사용자의 자세에 따라 지면에 접촉될 수 있다.
이때 안착프레임(320)이 지면에 닿을 때는, 사용자가 앉는 자세 즉 동작을 취했을 때, 안착프레임(320)이 지면에 닿게될 수 있다.
또한 안착프레임(320)은, 지면에 닿는 곳에, 고무패드(321)가 설치될 수 있다.
이는 안착프레임(320)이 지면에 닿을 때, 소음이 발생되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 안착프레임(320)과 지면이 닿을 때 발생되는 충돌을 억제할 수 있다.
또한 고무패드(321)는 안착프레임(320)의 하부가 파손되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 사용자에게 충격 전달을 감소시킬 수 있다.
또한 제3프레임(300)은 제프레임과 회동 연결되되, 사용자의 다리 길이에 따라 길이 조절이 가능한 길이조절부(330)를 포함할 수 있다.
길이조절부(330)는 제3프레임(300)과 동일한 재질일 수 있고, 적어도 한 개 이상의 홀이 형성되어, 사용자의 길이에 따라 홀에 나사를 체결하여, 선택적으로 길이조절을 할 수 있다.
제4프레임(400)은, 제3프레임(300)에 회동 가능하게 연결되되, 사용자의 다리 면적에 대응되게 회동된다.
제5프레임(500)은, 제4프레임(400)에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 넓적다리 뒷 방향에 접하거나 근접하게 위치된다.
완충흡수부재(600)는 제3프레임(300)과 제5프레임(500) 사이에 위치하여, 사용자의 자세 변경으로 인해, 제3프레임(300)과 제5프레임(500)의 유동 간격이 형성될 때 발생되는 완충력을 흡수한다.
이때, 완충흡수부재(600)는, 스프링 댐퍼 기구(Spring-damper system)로, 탄성과 마찰력을 이용한 완충력을 흡수하는 장치이다.
즉, 사용자의 자세 변경 동작 중 앉을 때 발생되는 완충을 통해, 일어설 때 근력을 보조하는 효과를 갖을 수 있다.
여기서 제1프레임(100)과, 제2프레임(200) 및 제3프레임(300)은, 각각 사용자의 다리에 고정 결합되는 결합수단부(S)를 포함할 수 있다.
결합수단부(S)는, 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구(10)가 사용자의 다리에 고정될 수 있도록 각각 제1프레임(100)과, 제2프레임(200) 및 제3프레임(300)에 각각 설치될 수 있다.
또한 결합수단부(S)는 스트랩으로 설치될 수 있다.
또한 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구(10)는 이동이 편리하도록 제1프레임(100) 하방에 결합되는 이동수단(800)을 포함할 수 있다.
이동수단(800)은 바퀴(810)와, 회동부(820)와, 간격부(830)와, 고정부를 포함할 수 있다.
회동부(820)는 바퀴(810)가 회동되도록 제1프레임(100) 일측에 결합될 수 있다. 그리고 간격부(830)는 바퀴(810)와 회동부(820) 사이에 위치하고, 바퀴(810)와 회동부(820)를 연결하며, 바퀴(810)가 제1프레임(100)에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
즉 간격부(830)는 바퀴(810)가 제1프레임(100)에 접촉되어 제1프레임(100) 및 바퀴(810)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한 고정부(미도시)는 바퀴(810)를 사용하지 않을 시, 제1프레임(100) 일측에 바퀴(810)를 고정시킬 수 있다.
이러한 고정부는 회동부(820) 일측에 설치되어, 바퀴(810)가 고정부 방향으로 회동 시, 바퀴(810) 방향으로 돌출되게 돌기가 설치될 수 있다.
따라서, 고정부는 고정부의 돌기에 바퀴(810)를 걸어 고정시킬 수 있다.
추가로, 제2프레임(200)과 안착프레임(320)에 회동 가능하게 연결되어, 사용자가 앉는 자세의 동작을 취해, 안착프레임(320)이 지면에 닿을 때, 제2프레임(200)과 안착프레임(320)의 착좌각을 용이하게 가변할 수 있도록 설치되는 가변프레임(900)을 포함할 수 있다.
더불어, 가변프레임(900)이 제2프레임(200)과 안착프레임(320)을 회동 가능하게 연결해줌으로써, 제2프레임(200)과 안착프레임(320)의 간격 조절이 되어, 사용자가 앉아있는 자세의 동작을 취했을 때, 사용자의 무게 및 변환된 동작을 지탱해줄 수 있는 효과가 있다.
더불어, 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구(10)는 제4프레임(400) 및 제5프레임(500)에 결합되어, 사용자의 엉덩이가 일측에 안착되는 안착부(700)를 포함할 수 있다.
안착부(700)는 사용자의 엉덩이의 대응되는 형상을 지닐 수 있다. 또한 안착부(700)는 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구(10)를 장시간 사용 시, 사용자의 엉덩이가 불편하여 장시간 착용하는 것이 어려워지는 것을 방지하기 위해, 안착부(700) 내부에는 탄성부재가 설치될 수 있다. 이러한 탄성부재는 스펀지, 고무, 스프링 등이 설치될 수 있다.
또한 안착부(700)는 안착부(700)의 타측 즉, 사용자의 엉덩이가 안착되는 방향의 반대방향에 설치되는 손잡이(710)와, 손잡이(710)를 고정시키는 손잡이고정부(미도시)를 포함할 수 있다.
손잡이(710)는 사용자가 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구(10)를 사용할 때나, 사용하지 않을 때의 상황에 맞게 장소이동 시 간편하게 들고 나를 수 있도록 설치되는 것이다.
또한 손잡이고정부는 손잡이(710)를 사용하지 않을 때, 걸리적거리는 것을 방지하기 위해, 손잡이(710)가 안착부(700)의 타측에 고정되도록 설치되는 것이다.
더불어 손잡이고정부는 돌기로 형성되고, 손잡이(710)에 형성된 홀에 삽입되어, 손잡이(710)를 안착부(700) 타측으로부터 고정시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구(10)를 통해 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구(10)는 착용상태에서도 자유로운 움직임 및 보행이 가능하고, 작업 환경에 구애받지 않으며, 사용자의 의도에 따라 손쉽게 동작을 변환할 수 있다.
더불어, 정강이와 엉덩이를 지탱해줌으로써, 허리와 무릎에 걸리는 부하를 분산시킬 수 있어, 사용자가 앉아서 휴식이 가능할 뿐만 아니라, 기립 시 근력을 보조하며 계단을 포함한 어느 지형이든 착용한 상태로 이동이 가능할 수 있다.
또한, 사용하지 않을 때에는 이동 및 보관이 편리하도록 설계되어, 사용자가 편리하게 이동 및 보관할 수 있다.
도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구
100 : 제1프레임
200 : 제2프레임
300 : 제3프레임
310 : 연장부
320 : 안착프레임
321 : 고무패드
330 : 길이조절부
400 : 제4프레임
500 : 제5프레임
600 : 완충흡수부재
700 : 안착부
710 : 손잡이
800 : 이동수단
810 : 바퀴
820 : 회동부
830 : 간격부
900 : 가변프레임
S : 결합수단부

Claims (1)

  1. 사용자의 발이 안착되는 제1프레임;
    상기 제1프레임에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 종아리에 접하거나 근접하게 위치되는 제2프레임;
    상기 제2프레임에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 넓적다리에 접하거나 근접하게 위치되는 제3프레임;
    상기 제3프레임에 회동 가능하게 연결되되, 사용자의 다리 면적에 대응되게 회동되는 제4프레임;
    상기 제4프레임에 회동 가능하게 연결되고, 사용자의 넓적다리 뒷 방향에 접하거나 근접하게 위치되는 제5프레임 및
    상기 제3프레임과 상기 제5프레임 사이에 위치하여, 사용자의 자세 변경으로 인해, 상기 제3프레임과 상기 제5프레임의 유동 간격이 형성될 때 발생되는 완충력을 흡수하는 완충흡수부재를 포함하고,
    상기 제3프레임은,
    사용자의 넓적다리의 뒷 방향으로 소정의 길이로 연장되는 연장부와,
    상기 연장부와 회동 가능하게 연결되되, 상기 제5프레임과 회동가능하게 연결되고, 지면 방향으로 연장되어, 사용자의 자세에 따라 지면에 접촉되는 안착프레임을 포함하고,
    상기 안착프레임은, 지면에 닿는 곳에, 고무패드가 설치되는 것인 사용자 의도에 따라 동작을 변환할 수 있는 근골격계를 지지하는 보조기구.
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