自動(dòng)檢線機(jī)構(gòu)功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含11張CAD圖帶開題報(bào)告+中期檢查表+外文翻譯】【需要咨詢購買全套設(shè)計(jì)請加QQ1459919609】圖紙預(yù)覽詳情如下：
1．設(shè)計(jì)綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況）1.1 課題的背景在電力輸送過程當(dāng)中，往往會出現(xiàn)由于局部電阻過大而導(dǎo)致線路局部過熱等會對輸電線路造成致命危害的故障，因此需要對超高壓線路進(jìn)行人工沿線逐塔巡視，危險(xiǎn)性極大。針對這一情況，本課題旨在設(shè)計(jì)一種檢線機(jī)器人，以改善工程測量人員特別是高壓輸電線路監(jiān)測人員的工作條件、提高工作效率 。1. 1.2 研究的意義高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的動(dòng)脈，其安全運(yùn)行越來越受到各級部門的重視。輸電線路不僅要承受固有機(jī)械載荷和電力負(fù)荷的內(nèi)部壓力，而且還要經(jīng)受自然環(huán)境的各種外部侵害，如：腐蝕、污穢、雷擊、強(qiáng)風(fēng)、洪水、滑坡、沉陷、地震和鳥害等，以及人為的破壞。隨著時(shí)間的日積月累，勢必造成線路上出現(xiàn)各種故障，如：接觸電阻增大、導(dǎo)線斷股、避雷線斷裂、桿塔傾斜、絕緣子閃爍、金具脫落，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除，將對電力系統(tǒng)構(gòu)成災(zāi)難性的危害。為保證輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對輸電線路進(jìn)行仔細(xì)的巡查以防止意外情況發(fā)生。在我國，超高壓輸電線路的巡檢、維護(hù)基本上采用人工沿線逐塔巡視的作業(yè)方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)用多且危險(xiǎn)性較高。電力部門迫切需要取代人力進(jìn)行線路維護(hù)的巡檢設(shè)備。研制巡檢機(jī)器人應(yīng)用于超高壓輸電線路的巡檢作業(yè)，不僅可以減輕巡檢作業(yè)強(qiáng)度，降低費(fèi)用，而且可以提高巡檢作業(yè)質(zhì)量和管理技術(shù)水平。迄今為止，國內(nèi)外對于超高壓輸電線巡檢機(jī)器人的研究還處于研制階段，尚無成熟的產(chǎn)品應(yīng)用于輸電線路巡檢作業(yè)。本項(xiàng)目擬完成一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 110kV 超高壓輸電線路巡檢機(jī)器人實(shí)用樣機(jī)，本項(xiàng)目的研究對于提高電力部門自動(dòng)化作業(yè)程度，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益具有重要的意義。該樣機(jī)可以應(yīng)用于 110kV 超高壓輸電線路巡檢作業(yè)，其主要功能包括：巡檢機(jī)器人能夠在線路上一擋內(nèi)沿架空地線自主行走，其上攜帶的攝像機(jī)和紅外熱像儀作為檢測裝置，用于檢測輸電設(shè)備(輸電線、防震錘、絕緣子及桿塔)的損傷情況，并將檢測到的數(shù)據(jù)及圖像信息經(jīng)過無線傳輸系統(tǒng)發(fā)送到地面基站，地面基站可以接收、存儲及顯示巡檢機(jī)器人發(fā)回來的數(shù)據(jù)和圖像資料，對機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)具有遠(yuǎn)程控制和檢測能力。超高壓線路維護(hù)的費(fèi)用昂貴，以 1lOkV 的超高壓線路為例，輸電線路全長已超過 27000 公里，在現(xiàn)行的維護(hù)管理模式下，超高壓線路的運(yùn)行費(fèi)用由人員工資及工資附加費(fèi)、日常維護(hù)費(fèi)、大修費(fèi)和技改費(fèi)組成。根據(jù)國家電力公司1999 年對國內(nèi)超高壓運(yùn)行單位的調(diào)查報(bào)告，線路巡視成本為每公里每年為 n13780-4680 元，若以 4200 元計(jì)算，則常規(guī)巡檢年巡檢總費(fèi)用約為 11340 萬元。在 2010年前后，隨著三峽電力外送、西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)工程的實(shí)施，我國中部、北部、南部三個(gè)跨大區(qū)電網(wǎng)和全國聯(lián)網(wǎng)已基本形成。2010 年以后，按照國家“西電東送”電力可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略部署，適時(shí)開發(fā)金沙江流域的水電站，并建設(shè)直流輸電系統(tǒng)送至華東、華中電網(wǎng)和南方電網(wǎng)。隨著電力體制改革和電力運(yùn)營市場化程度的提高，研制技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)越的輸電線路巡檢裝備已成為急需解決的問題，因而超高壓輸電線路巡檢機(jī)器人具有強(qiáng)烈的市場需求，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。1.3 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀高壓輸電線路檢測主要包括人工巡檢、高空巡檢和機(jī)器人巡檢三種。在我國目前大部分的巡檢任務(wù)都是通過人工巡檢來完成的。人工巡檢主要是依靠人工沿輸電線路步行或借助其他交通工具巡檢，其缺點(diǎn)包括：a)人工沿線巡檢受地形條件限制。b)巡檢的數(shù)據(jù)由于是人工注釋，因此數(shù)據(jù)不是很充分。c)執(zhí)行檢測任務(wù)花費(fèi)的時(shí)間很長，每次巡檢還需要攀越各類塔架。d)在今天的技術(shù)條件下，一些技術(shù)被用來作為檢測方法，最大的進(jìn)步就是利用熱敏照相機(jī)來檢測過熱點(diǎn)。在人工巡檢情況下，偶爾的光線會誤導(dǎo)巡檢者，另外，塔的高度限制了能夠檢測到更詳細(xì)的過熱點(diǎn)。高空巡檢是采用借助直升機(jī)或無人航天飛機(jī)在高空來完成巡檢任務(wù)，這種巡檢方式可以降低由于地形所帶來的影響。但缺點(diǎn)也很明顯，主要包括：a)記錄檢測數(shù)據(jù)仍然比較困難。b)所有的檢測工作都是在飛行階段完成的，因此增加了飛行的時(shí)間從而增加了檢測的成本。此外，對于無人航天飛機(jī)巡檢造價(jià)更高，要求的技術(shù)問題更為復(fù)雜，國內(nèi)在這一領(lǐng)域暫時(shí)還沒有研究。由于這種巡檢方式成本過高，技術(shù)復(fù)雜，因此不具有可推廣性。高壓巡檢機(jī)器人的顯著特點(diǎn)是可以自動(dòng)跨越桿塔實(shí)現(xiàn)桿塔間的連續(xù)巡檢，完成跨越線路障礙物，這種機(jī)器人可以節(jié)省大量的物力和人力，而且安全系數(shù)更高。巡檢機(jī)器人的研究始于 20 世紀(jì) 80 年代末，日本、加拿大、美國等發(fā)達(dá)國家先后開展了巡檢機(jī)器人的研究工作。1.3.1 國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢目前國內(nèi)關(guān)于巡檢機(jī)器人的研究主要集中在高校和研究所內(nèi)。這其中包括有武漢大學(xué)、山東大學(xué)、中科院自動(dòng)化研究所和沈陽自動(dòng)化研究所等。山東大學(xué)申請的專利 200510042569．517J(申請日：2005．03．18)為沿 110kV 輸電線路自主行走的機(jī)器人及其工作方法，由機(jī)器人本體、控制裝置、傳感器、檢測裝置和無線圖像傳輸設(shè)備組成；控制裝置和無線圖像傳輸設(shè)備安裝在機(jī)器人本體中間的控制箱內(nèi)，位置傳感器安裝在機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)的末端，測距傳感器和檢測障礙用的視覺傳感器 CCD 安裝在每只手的前方，檢測裝置包括高速球攝像機(jī)和熱成像儀通過云臺與機(jī)器人本體相連。能夠在 110kV 輸電線路上平穩(wěn)行走，自主地跨越輸電線上的各種障礙，代替人進(jìn)行輸電線路的巡檢工作，減輕輸電線路巡檢的工作量，提高工作效率和檢測的精度，達(dá)到確保輸電線路安全運(yùn)行的突出特點(diǎn)。這種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是：由于采用了三臂的結(jié)構(gòu)，這樣無形地增加了機(jī)器人的重量；此外，該機(jī)器人所實(shí)現(xiàn)的跨越障礙物的跨距有限，因此不能爬越耐張塔這種桿塔。中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所申請的發(fā)明專利 200410020490．818J(申請日：2004．04．30)涉及一種超高壓輸電線巡檢機(jī)器人機(jī)構(gòu)。它由移動(dòng)車體、后手臂、前手臂組成，其中：移動(dòng)車體由本體和行走輪組成，行走輪通過水平轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副安裝在本體上，并與線路相抓持，本體通過轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與前、后手臂相連，手臂末端為手爪；所述前手臂、后手臂結(jié)構(gòu)相同，其中每一手臂由上臂、下臂兩部分組成，上臂為連桿及滾珠絲杠與滑塊組合結(jié)構(gòu)，通過水平轉(zhuǎn)動(dòng)副與下臂相連接，下臂為大行程伸縮機(jī)構(gòu)。該發(fā)明工作空間大、重量輕、能耗低且越障能力強(qiáng)。這種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)也是由于采用了三臂結(jié)構(gòu)，所實(shí)現(xiàn)的跨越障礙物的跨距有限，因此不能爬越耐張塔這種桿塔。1.3.2 國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢巡檢移動(dòng)機(jī)器人利用一對驅(qū)動(dòng)輪和一對夾持輪沿地線(OPOW)爬行，能跨越地線上防震錘、螺旋減震器等障礙物。遇到線塔時(shí)，機(jī)器人采用仿人攀援機(jī)理，先展開攜帶的弧形手臂，手臂兩端勾住線塔兩側(cè)的地線，構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)軌，然后本體順著導(dǎo)軌滑到線塔的另一側(cè)；待機(jī)器人夾持輪抱緊線塔另一側(cè)的地線后，將弧形手臂折疊收起，以備下次使用。該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制是把線塔和地線的資料數(shù)據(jù)(線塔的高度、位置，地線長度，線路上附件數(shù)量等)預(yù)先編制好程序輸入機(jī)器人，因此不具有很好的自主性；此外該機(jī)器人是將探測數(shù)據(jù)記錄到磁帶上，等巡檢完一個(gè)階段再取下進(jìn)行分析數(shù)據(jù)，也不具有控制的實(shí)時(shí)性。1990 年日本法政大學(xué)的 Hide Na 等人開發(fā)了電氣列車饋電電纜巡檢機(jī)器人，機(jī)器人采用多關(guān)節(jié)小車結(jié)構(gòu)和“頭部決策，尾部跟隨”的仿生控制體系，以 10om/s 的速度沿電纜平穩(wěn)爬行，并能跨越分支線，絕緣子等障礙物。 機(jī)器人由六對左右對稱、相互聯(lián)結(jié)的小車組成，每個(gè)單體小車有兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)用于行走驅(qū)動(dòng)，另一個(gè)用于控制聯(lián)結(jié)前后小車的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角；左右小車采用具有自保安功能的磁鎖系統(tǒng)聯(lián)結(jié)。磁鎖系統(tǒng)永久磁鐵將左右小車?yán)卫捂i緊，使兩車橡膠驅(qū)動(dòng)輪抱住饋電電纜，由行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿電纜平穩(wěn)爬行。當(dāng)機(jī)器人遇到分支線，絕緣子等障礙物時(shí)，每對小車上磁鎖系統(tǒng)中的電磁鐵通電，順次將磁鎖打開，機(jī)器人再改變兩側(cè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角，使左右小車分開。小車依次通過障礙物后，控制兩側(cè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)使左右小車合攏，電磁鐵斷電，磁鎖再次鎖緊，機(jī)器人恢復(fù)正常行走狀態(tài)。東京電力公司的 Sawada 等人研制了光纖復(fù)合架空地線一的直線型桿塔間的巡檢是比較方便的，但不具有在多種類型桿塔間爬行的功能。加拿大魁北克水電研究院的 Serge Montambault 等人 2000 年開始了 HQLineROVer遙控小車 16J 的研制工作。 遙控小車起初用于清除電力傳輸線地線上的積冰，逐漸發(fā)展為用于線路巡檢、維護(hù)等多用途移動(dòng)平臺。第三代原型機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊(23X 17X12cm)，僅重 25kg，驅(qū)動(dòng)力大，抗電磁干擾能力強(qiáng)，能爬 52。的斜坡，通信距離可達(dá) 1km。小車采用靈活的模塊化結(jié)構(gòu)，安裝不同的工作頭即可完成架空線視覺和紅外檢查、壓接頭狀態(tài)評估、導(dǎo)線和地線更換、導(dǎo)線清污和除冰等帶電作業(yè)，已在工作電流為 800A 的 315kV 電力線上進(jìn)行了多次現(xiàn)場測試。但是，HQ LineROVer無越障能力，只能在兩線塔間的電力線上工作。目前，研究組正在開發(fā)具有越障功能的自治移動(dòng)小車。2．本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1 主要內(nèi)容和要求針對目前的高壓輸電線路容易出現(xiàn)的問題，所設(shè)計(jì)的巡檢機(jī)器人要求能以一定的速度沿地線爬行，并能跨越防振錘、耐張線夾、懸垂線夾等常規(guī)障礙物，還必須能翻越各種類型的桿塔，利用機(jī)器人攜帶的傳感儀器對輸電線路實(shí)施接近檢測。其主要收集的信息包括：2.1.1 輸電線路組件(包括線跨距和桿塔)的狀態(tài)信息：包括絕緣子、防振錘等。通過分析來判斷其是否處于異常狀態(tài)或已經(jīng)損壞。2.1.2 沿高壓線路通道信息(平行、交差、環(huán)境)：沿線植物、建筑物、地上的運(yùn)動(dòng)物，以此來判斷這些是否靠近輸電線而使其處于危險(xiǎn)狀態(tài)中。2.1.3 熱信息：檢測出可能的局部過熱點(diǎn)，來推斷線路的不同載荷水平。以建立線路的高性能。所設(shè)計(jì)的巡檢機(jī)器人必須遵循三原則：提高檢測的效率、降低成本和提高檢測質(zhì)量。2.2 擬采用的研究方案2.2.1 檢線機(jī)器人必須滿足的技術(shù)要求滾動(dòng)行駛速度：5km/h滾動(dòng)坡度： 150爬行速度： 200m/h爬行坡度： 900跨越防振錘的時(shí)間：約 3min跨越直線夾的時(shí)間：約 3min跨越耐張線夾的時(shí)間：約 8min總重量(不含地面遙控／接收移動(dòng)站)：30kg 2.2.2 分析檢線機(jī)器人的工作原理分析檢線機(jī)器人的工作原理從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究的主要內(nèi)容包括機(jī)械人的自由度的確定，坐標(biāo)形式的選擇、驅(qū)動(dòng)方式的選擇，以及手爪，手臂，連接架等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。2.3 擬采用方案2.3.1 傳動(dòng)方式的選擇直接連接傳動(dòng)：驅(qū)動(dòng)源或帶有機(jī)械傳動(dòng)裝置直接與關(guān)節(jié)相連；遠(yuǎn)距離連接傳動(dòng)：驅(qū)動(dòng)源通過遠(yuǎn)距離機(jī)械傳動(dòng)后與關(guān)節(jié)相連。間接驅(qū)動(dòng)：驅(qū)動(dòng)源經(jīng)一個(gè)速比遠(yuǎn)大于一的機(jī)械傳動(dòng)裝置與關(guān)節(jié)相連。直接驅(qū)動(dòng)：驅(qū)動(dòng)源不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)或經(jīng)過一個(gè)速比等于一的機(jī)械傳動(dòng)這樣的中間環(huán)節(jié)與關(guān)節(jié)相連。根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用直接驅(qū)動(dòng)，沒有遠(yuǎn)距離傳動(dòng)的必要。2.3.2 驅(qū)動(dòng)方式的選擇機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置是帶動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)到達(dá)指定位置的動(dòng)力源。通常動(dòng)力是直接或經(jīng)電纜、齒輪箱或其他方法送至各個(gè)關(guān)節(jié)。目前使用的主要有三種驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)以高壓油作為工作介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)或者是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是閉環(huán)或者是開環(huán)的。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是能得到較大的出力，工作壓力通常達(dá) 14Mpa，但是液壓元件造價(jià)高昂，而且容易泄露污染環(huán)境，而且必須配備專用的液壓閥，儲油罐，體積龐大。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的工作介質(zhì)是高壓空氣，氣動(dòng)控制閥簡單、便宜、操作簡單、易于編程，可以完成大量的點(diǎn)位搬運(yùn)操作任務(wù)，但是缺點(diǎn)是氣壓伺服難以實(shí)現(xiàn)高精度控制，只能用在滿足低精度的場合。故本機(jī)械手采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，這也是現(xiàn)代機(jī)器人應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式。電機(jī)可以選擇步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有成本低，控制系統(tǒng)簡單的優(yōu)點(diǎn)，但是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)屬于開環(huán)控制，精度較低。而直流伺服電機(jī)能構(gòu)成閉環(huán)控制，精度高，額定轉(zhuǎn)速高。根據(jù)作業(yè)環(huán)境要求，本課題機(jī)器人行進(jìn)機(jī)構(gòu)采用輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)與步進(jìn)式蠕動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)兩種方式。2.3.3 傳動(dòng)件定位 電氣開關(guān)定位：利用電氣開關(guān)作行程檢測元件，當(dāng)機(jī)械人運(yùn)行到定位點(diǎn)時(shí)，行程開關(guān)發(fā)出信號，切斷動(dòng)力源或接通制動(dòng)器，從而使機(jī)械人獲得定位。機(jī)械擋塊定位：在行程終點(diǎn)設(shè)置機(jī)械擋塊，當(dāng)機(jī)械手減速運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)，緊靠擋塊而定位。伺服定位系統(tǒng)：電氣開關(guān)定位于機(jī)械擋塊定位只適用于兩點(diǎn)或多點(diǎn)定位，而伺服定位可以實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)定位，適用于連續(xù)軌跡控制。經(jīng)過比較，選用伺服定位。2.3.4 連接桿設(shè)計(jì)連接機(jī)構(gòu)主要是用來將手爪機(jī)構(gòu)與手輪機(jī)構(gòu)連接起來并且可以調(diào)節(jié)手爪機(jī)構(gòu)的高度姿態(tài)，由于高壓線屬于柔性體，這樣在機(jī)器人運(yùn)行階段可以適當(dāng)調(diào)節(jié)該連接機(jī)構(gòu)以使夾爪能抓緊導(dǎo)線。在這里我采用了一對蝸輪蝸桿連接，在該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，蝸輪固定，蝸桿跟電機(jī)減速器連接，蝸桿在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下沿蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。從而帶動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)沿手輪機(jī)構(gòu)水平軸旋轉(zhuǎn)。2.3.5 手部的設(shè)計(jì)手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡單） 。手部多為兩指（也有多指） ；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。傳力機(jī)構(gòu)形式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。本次設(shè)計(jì)的手部選擇夾持類回轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)手部。2.3.6 臂部的設(shè)計(jì)手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具） ，并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位） ，則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，一般來說臂部具有三個(gè)自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降運(yùn)動(dòng)。本課題要求機(jī)器人手臂能達(dá)到工作空間的任意位置，同時(shí)要結(jié)構(gòu)簡單，容易控制。由于在同樣的體積條件下，關(guān)節(jié)型機(jī)器人比非關(guān)節(jié)型機(jī)器人有大得多的相對空間(手腕可達(dá)到的最大空間體積與機(jī)器人本體外殼體積之比)和絕對工作空間，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的動(dòng)作和軌跡更靈活，因此該機(jī)器人采用關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。3．完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫）1—3周：調(diào)研并收集資料； 3—6周：確定設(shè)計(jì)方案和整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；7—11周：完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；12—15周：完成檢線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)總裝配圖；16-18周：完成論文撰寫，準(zhǔn)備答辯。 5 指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）指導(dǎo)教師： 年 月 日 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