JP6830584B2 - 建築物点検ロボット - Google Patents

Description

本発明は、建築物点検ロボットに関する。特に、天井裏や床下の点検用ロボットに関する。

天井は室内空間の上面を構成しており、配管や配線、ダクトなどが配置されており、耐火性、防音性、断熱性及び照明や空調設備も設置され、室内の環境維持機能を果たしている。このような各種の機器が配置された天井は吊り天井形式である。
吊り天井はコンクリートスラブから吊ボルトを下して野縁受を取り付け、この野縁受に野縁を取り付け、野縁に天井材を取り付けた構成が一般的である。天井材は、石膏ボードやロックルールボードが用いられており、軽量で耐火性はあるが、強度は小さく、作業員が進入して作業することはできない。旧来は、点検口から見える範囲の点検、調査で済まされていたが、地震に伴う天井落下事故を契機として、広範囲の調査の必要性が指摘されている。
天井落下による事故の危険性は、特に大型の建築物であり、避難施設となる体育館やホールで重大である。
天井裏内部は狭隘、暗所かつ非構造部材より構成されているため人が立入ることは困難であり、天井裏の点検業務の実態としては主に４５０ｍｍ角の天井点検口付近において調査員が天井裏部分を覗き込み、目視で捉えられるだけの範囲において主要な吊り天井構成部位等を点検調査（写真撮影）している。これは点検口付近の状況は代表的な部位として点検記録はできるものの、比較的点検口から離れた場所での状況を把握することができない。
このため、大震災時の天井崩落事故を受け、国の法的措置により天井裏部分の点検義務が強化されており、天井点検口近傍だけでの点検調査に留まらず、見逃しがちな比較的点検口から離れた天井裏内部の狭隘部等においても細部まで点検調査（撮影記録）することが求められている。

特許文献１には、クローラ型走行体を用いた床下点検方法であって、カメラと超音波距離計を用いて走行体の備えた走行体の位置を検出する技術が開示されている。
特許文献２には、天井点検口の付近に可動式の補助カメラを設置し、ロボットと補助カメラとの間で無線通信可能なコンピュータを備えており、コンピュータがロボットと補助カメラからのデータを受信し、姿勢センサが検出して走行制御され、さらに大きな傾斜では停止し、コンピュータのモニター画面にカメラが撮影した画像と補助カメラが撮影した画像とが概ね同時に表示されて、ロボットが転倒することなくモニタリングを続行することができ、天井内の観察とロボットの捕捉ができるロボットシステムが提案されている。

特開２００９−８５２８号公報 特開２０１１−１３６３８０号公報

本発明は、点検口から進入して、天井裏や床下を点検できるロボットを開発することを目的とする。

１．前方側にカメラを搭載した建築物点検ロボットであって、
本体と
本体の左右に設けられたメインクローラ装置と
本体の前後に設けられたサブクローラ装置を備えた建築物点検ロボットであって、
左右のメインクローラの間にカメラ収容用の空間が設けられており、
該収容空間にカメラが昇降可能に取り付けられており、
建築物の天井の点検口から進入可能な大きさであり、
システム天井用天井材の天井耐荷重よりも軽量であり、
基本走行時にはカメラが低位置にあり、
カメラの低位置は本体の体高以下であって、野縁受の上面が視認できる高さ位置であること、
を特徴とする建築物点検ロボット。
２．メインクローラは後輪駆動であって、
メインクローラの前方回転軸は、本体から延出した左右の支持体に支持され、
カメラの収容空間は、左右の支持体の間に形成されていることを特徴とする１．記載の建築物点検ロボット。
３．カメラの低位置は本体の体高を超えない高さであり、
カメラの撮影位置は、カメラの昇降装置の昇降長とサブクローラの起立長が加えられた高さの範囲であることを特徴とする１．又は２．記載の建築物点検ロボット。
４．カメラの昇降装置は、回動するフレームと当該フレームの先端に取り付けられている支持具を備え、支持具はフレームの回動に対して水平を維持する機構を備えていることを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の建築物点検ロボット。
５．建築物点検ロボットは、カメラ昇降装置の上昇位置と同等の高さの障害物を乗り越える走行性能を備えている、ことを特徴とする１．〜４．のいずれかに記載の建築物点検ロボット。
６．カメラは、パン・チルト（上下左右コントロール）機能を備えており、ロボット操縦用と点検用を兼用しており、ディスプレイ、操作装置と記録装置を備えており、ロボットの走行及びカメラ操作はそれぞれ独立した無線操縦により行うことが可能であることを特徴とする１．〜５．のいずれかに記載の建築物点検ロボット。
７．天井裏点検用であることを特徴とする１．〜６．のいずれかに記載の建築物点検ロボット。
８．１．〜７．のいずれかに記載の建築物点検ロボットを用いて、狭隘な建築物の空間を走行させて、被写体の状況を確認して、カメラの撮影高さを調整して、点検箇所の画像を取得することを特徴とする建築物点検方法。

１．点検口から進入して、天井裏や床下を点検できるロボットを開発することができた。天井裏を走行できる軽量、小型で高い位置で撮影できるカメラ機能を備えた建築物点検ロボットを実現した。
２．狭隘である天井裏や床下に進入して、障害物を乗り越えて走行し、カメラを昇降させて撮影できるので、広範囲を調査、点検することができる。
３．天井裏の構造上、ロボットの体高は１ｍｍ程度に抑える必要があり、一方、野縁受などの走行の障害となるものは１５０ｍｍ程度必要である。サブクローラは障害物を乗り越えて前傾して接地するので、天井材に衝突する衝撃の発生を防止して、天井材を傷めずに走行することができる。
少なくとも、昇降装置を上昇させた状態で、上面が確認できる障害物を乗り越え確認可能な高さに設定し、これが１５０ｍｍ程度となる。
吊り天井の基本構成である野縁受は６５ｍｍ程度の高さにあり、この野縁受を見通して周囲の状況を確認できる高さにカメラの低位置を設定する。
また、サブクローラを起立させると、その分高いカメラポジションが得られるので、目前の障害物を避けて隠れたところまで調査、点検することができる。

建築物点検ロボットの概略を示す図である。 カメラの高さ調整の例を示す図である。 点検ロボットの主要構造を示す図である。 点検方法の概略を示す図である。 天井裏の点検走行の例を示す図である。 点検のフローの一例を示す図である。 点検ロボットの制御系統図の例を示す。 カメラの高さ低中高の違いによる撮影状態を示す図である。 カメラの昇降支持部具の構成例を示す図である。 吊り天井の例を示す図である。

本発明は、天井裏などの建築物を点検するロボットである。
本発明の建築物点検ロボットは、クローラ方式による走行機構を備えた走行機体と、カメラを搭載した撮影機構を備えている。
天井に仕組まれた機器や天井材の取り付け構造に対応できる、低い体高と野縁受などを乗り越えて安全に走行できる走行性と軽量を備え、高位置でも撮影できる能力を備えている小型で軽量の点検ロボットである。
点検箇所としては、天井裏、床下、配管スペース、機械室などの調査員が容易に近づけない部分を対象とする。
点検は、カメラによる目視と画像の記録であって、接合部、水漏れ痕、錆、施工状況、施工記録等が含まれる。

［ロボットの構造概略］
本発明は、カメラを備えたクローラ型走行ロボットであって、本体の左右に設けられたメインクローラと四隅に設けられた腕状のサブクローラを備えている。
本体にはカメラが昇降支持具に取り付けられている。
サブクローラは、メインクローラとは別に駆動され、サブクローラ全体が腕状に回動する構造となっている。
本発明のクローラ型走行ロボットは、天井などの点検口を通過できる大きさであって、天井に乗る軽量性と、天井裏などの低い空間に対応する低い体高、野縁や野縁受などの段差を乗り越える走行性能を備えている。
カメラは、本体に取り付けた高さ方向に伸縮する支持具に取り付ける。カメラの撮影高さを調整するとによって、障害物を回避して撮影する、あるいは被写体の観察精度を向上させることができる。カメラは、パン・チルト機能を備えており、左右方向、上下角度が調整できるので、高さ調整に加えて、走行ロボットのほぼ全周囲を観察し、撮影することができる。
伸縮機構は、Ｘリンク昇降機構、高所作業車などに用いられている折り畳みリンク、ラック−ピニオンなどの昇降機構を用いることができる。
カメラの他照明用ＬＥＤを備えており、必要に応じて、温度計、ガスセンサー、湿度計などのセンサー類を設置する。
このカメラ付きクローラ型走行ロボットは、無線操縦され、カメラは走行とは別にコントロールすることができるようにしている。
このロボットは、建物の天井などの点検に適している。例えば、このロボットは、天井ボードおよび各種吊り金具部材で構成されている吊り天井裏空間において、天井下地材の野縁や野縁受の段差を乗り越え、またダクトや配線類の隙間部を潜り抜けながら、天井裏ボード上を地上からの無線遠隔操作で走行することのできる小型の点検の走行ロボットを使用して、従来の調査員（人）による目視範囲の行き届かないような天井裏内部の細部まで撮影記録する。
建物の点検場所としては、天井裏、床下、配管スペース、機械室などの調査員が容易に近づけない部分を対象とする。点検は、カメラによる目視と画像の記録であって、接合部、水漏れ痕、錆、施工状況、施工状況などである。

図を用いて、カメラを備えたクローラ型走行ロボットＡ（以下単に「点検ロボット」と称する場合がある）の例を説明する。
図１は、点検ロボットの全体概要を示している。
本体２の左右に設けられたメインクローラ３、３と、本体２の前後に設けられた４本のサブクローラ４、４、４、４を備えており、カメラ５が高さ方向に伸縮可能な支持部材に取り付けられており、無線操縦されるクローラ型走行ロボットＡである。
カメラは、機体１の前方側で左右のメインクローラの間に収容空間を設け、該収納空間に昇降支持具６を設けている。
本体上面にはＬＥＤが照明用に設けられている。散乱光となるように設定して、ロボット機体の周囲が明るくなるように設定している。
本点検ロボットは、基本的にはカメラ側を前としている。
メインクローラ３は、後輪駆動であり、サブクローラ４は前側、後ろ側のそれぞれ左右が同軸に駆動される。
サブクローラ４は、メインクローラとは別に駆動されており、クローラが腕のように揺動できる機構である。サブクローラは段差走行性能を向上させるほか、カメラの撮影高さを高くする機能を発揮する。
本点検ロボットは、無線操縦であり、点検時にカメラは走行装置とは別にコントロールされる機構を備えている。

図２は、カメラの高さ調整の例を示している。
図２（ａ）は、基本姿勢であってカメラ５が低位置となっている。カメラ５の上端はほぼ本体２の体高の高さＬ１になっている。走行空間として、この高さが最小となり、走行姿勢としては安定していることとなる。
高さＬ１は、例えば、点検対象の建築物の基本要素を回避することに着目して設定することができる。天井であれば、野縁や野縁受に着目し、野縁受は６５ｍｍの高さにあるので、それを超えて見通す高さにカメラ位置を設定する。これによって、機体の体高も決めることができる。
図２（ｂ）は、昇降装置６を上昇させた状態で、カメラは中位置の高さＬ２である。
手前の障害物を越えて点検箇所を観察することができ、また、高さを変えることによって点検箇所の視点も変わって、より正確な画像情報を入手することができる。
本点検ロボットは、段差障害物を乗り越えて走行することができ、サブクローラを振り上げて上部の角などに触れれば、重心が後方にならない限り登ることが可能であるが、登ったあとの状況が不明では、運用できない。ロボットが自走できない状況であれば、ロボットの回収が困難になってしまう。
中位置の高さＬ２は、この高さでカメラをとおして上面が見通すことができる高さの障害物まで安全に乗り越え走行するのが実用性のある運用である。したがって、少なくとも、安全に段差走行できる最低限の高さとしてもこの中位置の高さＬ２の意味がある。
例えば、天井であれば、照明ボックスを例示することができる。
図２（ｃ）は、カメラを高位置の高さＬ３にした状態である。
４本のサブクローラ４を起立させて機体を持ち上げている。機体が上昇した分を中位置に加えて高さを稼いでいる。これによって、中位置よりもさらに遠方や角度を変えて詳細に観察することができる。
図８にカメラの高さ低中高の違いによる撮影状態を例示している。それぞれの高さから観察すると見える野縁や野縁受の状態、接合状態が良く分かる。また、手前に低い障害物があっても、上から観察することもでき、遠くも良く奥行きも分かるようになる。

図３は、点検ロボットの主要構造を示す。
本体２の前後の角部に平行の支持部材２３を取り付けて、メインクローラ用のプーリ３２を設置する。
メインクローラ用の後プーリ３２ｂは駆動モータ２４が取り付けられている駆動プーリである。左右の後プーリ３２ｂには別々の駆動モータが設置されていて、個別に駆動・制御される。

サブクローラ４は、支持部材２３の外側にサブ元プーリ４２を取り付ける。サブ元プーリとサブ先プーリ４３はサブフレーム４１を介して取り付けられている。
前側に設けられている左右のサブクローラはサブ軸４５ａで連結されており、このサブ軸４５ａは前サブクローラ用駆動モータ４４ａで駆動される。後ろ側に設けられた左右のサブクローラもサブ軸４５ｂで連結され、後ろサブクローラ用駆動モータ４４ｂで駆動される。
前後のサブクローラ用の駆動モータ４４ａ、４４ｂは、サブフレーム４１を動かすものである。サブ元プーリは、プーリ３２と同軸で回転する従動である。
特に、前側のサブ軸４５ａは、支持部材２３の下側に配置し、駆動用モータ４４ａを支持部材よりも本体側に寄せて配置して、左右の支持部材２３の間の空間を形成している。これに対して、後ろ側は、左右の支持部材２３の間には、メインクローラ用の駆動モータ２４、２４が２つ、後ろ側サブクローラ駆動用モータ４４ｂが配置されていて、隙間は設けられていない。

図９にカメラの昇降支持部具の構成例を示す。（ａ）は上昇させた状態を示し、（ｂ）は低位置の状態を示している。
前側の左右の支持部材２３の間に形成された空間に、カメラ５が収納されるように昇降装置を取り付けている。
支持板２３よりも本体側にフレーム６１を設けている。フレームの先端側にカメラ取り付け用の台６２が設けられている。フレーム６１の基端部には、フレーム回動制御用のサーボモータ６３が取り付けられている。
フレーム６１は平行した２本で構成され、サーボモータ６３は一方のフレーム６１ａの基端側に設けられている。他方のフレーム６１ｂには、タイミングベルト６４が取り付けられており、フレームの回動に応じてタイミングベルトが共動して台６２が水平に保たれる。フレーム６１ｂの基端部は、太陽歯車と遊星歯車が組み合わされて、フレームの６１ｂを同軸とされている太陽歯車の回転とは逆向きにタイミングベルトを回転させて、台の水平を維持する。
フレーム６１は低位置では、左右の支持部材２３の間に収まっていて、台６２に載置されたカメラ５も十分に低い姿勢を保つことができる。

図７に本点検ロボットの制御系統図の例を示す。
走行ロボット機体側には、操行制御用の制御ＰＣと調査用カメラ（走行用兼用）が別系統で設けられている。
制御ＰＣには、ＬＥＤ用マイコンボード、４つのＤＣモータ（メインクローラ用２、サブクローラ用２）のモータドライバが接続されている。カメラの昇降はマイコンボードを経由する。
操縦側には、走行操作するコントローラと走行用の操作ＰＣを設けている。カメラ操作は操作ＰＣとは別にタブレットＰＣにより行う。走行操縦はタブレットＰＣの画面を見ながら、行うことができる。

カメラは、パン・チルト機能を備えており、高さと方向、上下角度が調整できる。ロボットの走行用と点検観察用を兼用している。点検ロボットのほぼ全周囲を観察し、撮影することができる。点検観察用には独立してコントロールできるように設定されている。
本点検ロボットは無線操縦され、点検撮影は操行用ＰＣとは別にコントロールされる。
点検ロボットの位置確認は、信号発信機能を持たせて、コントローラ側に設けたディスプレイに表示することによりできる。本点検ロボットは、モータ駆動によるので、特別な信号を発信する装置を設けなくても、位置確認をすることができる。
点検箇所（撮影箇所）の記録は、建築の図面が電子データ化されていれば、撮影箇所をＰＣに取り込んでマッチングすることができる。紙図面である場合は、図面上に記入するなどして点検記録を残す。

本点検ロボットは建物の点検口から進入することができるサイズで、天井などの強度にダメージを与えないような重量や運動性能を備えている。
例えば、点検口は４５ｃｍ角である天井を例にとると次のように構成されている。
・全長：３５０ｍｍ 幅：２５０ｍｍ 高さ：９０ｍｍ
・重量：４．５ｋｇ
・駆動方式：クローラ式（６クローラ式）
・原動機：ＤＣモータ
・段差乗り越え性能：１５０ｍｍ以上
・最大移動速度：１．２ｍ／ｓ
・動力：リチウムイオンバッテリ（交換式）
・連続稼働時間：２時間程度
・通信方式：無線ＬＡＮ
・カメラ高さ：９０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ

［点検方法の概略］
図４に点検方法の概略を示す。
本発明の点検ロボットは、天井裏、床下などの建築物の点検方法に用いられる。以下に、天井裏点検方法を例にとって、点検方法について説明する。
本例に用いた点検ロボットは、前述の４５ｃｍ角の点検口から進入できる全長：３５０ｍｍ、 幅：２５０ｍｍ、高さ：９０ｍｍ、重量：４．５ｋｇを用いた。
本点検ロボットは、主に天井ボードおよび各種吊り金具部材で構成されている吊り天井裏空間において、天井下地材の野縁や野縁受の段差を乗り越え、またダクトや配線類の隙間部を潜り抜けながら、天井裏ボード上を地上からの無線遠隔操作で走行できる小型の点検ロボットであり、従来の調査員（人）による目視範囲の行き届かないような天井裏内部の細部まで撮影記録する。
調査員（遠隔操作者）は点検ロボットに搭載したカメラから送信されるリアルタイムの天井裏内部の映像データを専用のパソコンモニター画面を見ながら無線遠隔操作し、調査記録データとして必要な天井裏内部の状況を、カメラを使用して撮影記録の作業を行う。

無線による遠隔操作で天井裏を走行できる点検ロボットを点検口から挿入して天井裏に設置する。搭載しているカメラで視界を確保しながら走行し、野縁や野縁受などの低い障害物を乗り越えて点検箇所に接近する。点検対象に近づき、搭載したカメラの眼前を遮るような障害物があって、その先を撮影記録しなければならない場合、カメラ本体を昇降させてカメラ高さ位置を変更して撮影し記録する。
点検ロボットに搭載しているカメラはパン・チルト（首振り）機能を有しており、走行せずに停止している状態で、カメラレンズの向いている方向・角度を遠隔操作で上下左右に変化させて大凡全方位を調査して撮影記録することができる。本例で用いた点検ロボットは、図５に示すように２〜３ｍの範囲を撮影可能である。

図５に天井裏の点検走行の例を示す。
足場等を使って調査員が点検ロボットＡを天井点検口より天井ボード上に載置し、あとは無線による遠隔操作により搭載したカメラからの映像データをパソコンモニター画面で見ながらロボットを所定の場所まで走行移動させる。点検ロボットは天井下地材の野縁や野縁受を乗り越え隙間部を潜り抜けながら遠隔走行し、搭載したカメラによって天井裏内部の画像データをパソコンに取り込み保存記録する。点検ロボットは、天井裏の各エリアでの撮影記録を行い、点検口に戻って改修される。
天井点検口は複数設けられているので、ダクトや天井付けのエアコンなど乗り越え走行が困難な場所は、別の点検口からアクセスして点検する。

図６に点検のフローの一例を示す。
無線による遠隔操作で天井裏を走行することのできる点検ロボットを点検口から挿入して天井裏に設置し、その点検ロボットにはカメラを搭載し、そのカメラはロボットを遠隔操作する。点検ロボットに搭載したカメラ制御は調査員（遠隔操作者）が無線で遠隔操作することができ、調査員はカメラ専用のパソコン（タブレット型端末）のカメラから送信された映像モニター画面を見ながら点検ロボット専用のパソコンに接続されたコントローラを操作して天井裏の点検ロボット装置を操縦する。
天井裏に設置された点検ロボットはカメラを低い位置にして、コントローラの前進レバーを操作して、無線操縦により、野縁等の段差を乗り越えながら走行する。
走行を遮る低い障害物があった場合は、レバーを操作して走行を停止する。停止した状体で、カメラ支持部を上昇させてカメラを中の位置とする。
中位置のカメラをタブレット型端末などのカメラ操作用ＰＣから操作して、障害物の上面及びその先を確認する。撮影可能であれば、点検ロボットの前の低い障害物を越えて撮影し記録する。
撮影終了後、安全に乗り越えることを確認して、カメラをそのままあるいは下げて、コントローラを操作して、その低い障害物を乗り越えて進む。乗り越えが困難である場合は迂回して進み、高い障害物に面した場合、カメラ支持台と機体を上昇させて、カメラを高位置にして、周囲を確認する。撮影することが可能であれば、カメラ操作用ＰＣを操作して撮影して記録する。
撮影終了後、低位置姿勢の状態にして点検ロボットを走行させる。
点検ロボットの前方に位置する障害物の高さの順は、説明上設定したものであって、現実には、遭遇した遮蔽物の状態によって、カメラの高さを調整することとなる。
カメラからのリアルタイムの映像をカメラ専用のパソコン（タブレット型端末）に映し出し、調査員はそのモニター映像を見ながらコントローラを操作し、必要に応じてカメラ専用のパソコン（タブレット型端末）により天井裏内部の撮影データを記録保存する。

Ａ クローラ型走行ロボット（点検ロボット）
１ 機体
２ 本体
２３ 支持部材
２４ 駆動モータ
３ メインクローラ
３２ プーリ
３２ａ 前プーリ
３２ｂ 後プーリ
４ サブクローラ
４１ サブフレーム
４２ サブ元プーリ
４３ サブ先プーリ
４４ａ 前サブクローラ用駆動モータ
４４ｂ 後サブクローラ用駆動モータ
４５ａ、４５ｂ サブ軸
５ カメラ
６ 昇降支持具
６１ フレーム
６２ 台
６３ サーボモータ
６４ タイミングベルト
９ 走査装置
９１ 走行装置用ＰＣ
９２ 走行装置用コントローラ
９３ カメラ用ＰＣ
１００ 天井
１１０ 点検口

Claims (8)

1. 前方側にカメラを搭載した建築物点検ロボットであって、
   本体と
   本体の左右に設けられたメインクローラ装置と
   本体の前後に設けられたサブクローラ装置を備えた建築物点検ロボットであって、
   左右のメインクローラの間にカメラ収容用の空間が設けられており、
   該収容空間にカメラが昇降可能に取り付けられており、
   建築物の天井の点検口から進入可能な大きさであり、
   システム天井用天井材の天井耐荷重よりも軽量であり、
   基本走行時にはカメラが低位置にあり、
   カメラの低位置は本体の体高以下であって、野縁受の上面が視認できる高さ位置であること、
   を特徴とする建築物点検ロボット。
2. メインクローラは後輪駆動であって、
   メインクローラの前方回転軸は、本体から延出した左右の支持体に支持され、
   カメラの収容空間は、左右の支持体の間に形成されていることを特徴とする請求項１記載の建築物点検ロボット。
3. カメラの低位置は本体の体高を超えない高さであり、
   カメラの撮影位置は、カメラの昇降装置の昇降長とサブクローラの起立長が加えられた高さの範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の建築物点検ロボット。
4. カメラの昇降装置は、回動するフレームと当該フレームの先端に取り付けられている支持具を備え、支持具はフレームの回動に対して水平を維持する機構を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の建築物点検ロボット。
5. 建築物点検ロボットは、
   カメラ昇降装置の上昇位置と同等の高さの障害物を乗り越える走行性能を備えている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の建築物点検ロボット。
6. カメラは、パン・チルト（上下左右コントロール）機能を備えており、ロボット操縦用と点検用を兼用しており、ディスプレイ、操作装置と記録装置を備えており、ロボットの走行及びカメラ操作はそれぞれ独立した無線操縦により行うことが可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の建築物点検ロボット。
7. 天井裏点検用であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の建築物点検ロボット。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の建築物点検ロボットを用いて、狭隘な建築物の空間を走行させて、被写体の状況を確認して、カメラの撮影高さを調整して、点検箇所の画像を取得することを特徴とする建築物点検方法。

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