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CN108724169A - 视觉导引汽车后隔板装配机器人 - Google Patents

视觉导引汽车后隔板装配机器人 Download PDF

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CN108724169A
CN108724169A CN201710277664.6A CN201710277664A CN108724169A CN 108724169 A CN108724169 A CN 108724169A CN 201710277664 A CN201710277664 A CN 201710277664A CN 108724169 A CN108724169 A CN 108724169A
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CN201710277664.6A
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张刚
陆钢
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Wuxi Riemann Robot Technology Co Ltd
Wuxi Jixing Auto Acoustic Parts Technology Co Ltd
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Wuxi Riemann Robot Technology Co Ltd
Wuxi Jixing Auto Acoustic Parts Technology Co Ltd
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
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Abstract

本发明涉及视觉导引汽车后隔板装配机器人，包括用于置放喇叭罩的第一上料装置、用于置放汽车后隔板的第二上料装置、关节机器人、与所述关节机器人相连的控制单元、以及用于夹持所述汽车后隔板的夹持装置，其中所述关节机器人的末端设有拆垛与装配执行装置，所述拆垛与装配执行装置上设有视觉定位装置以及吸盘装置。本发明所述喇叭罩及所述汽车后隔板均通过视觉定位导引所述关节机器人实现自动装配作业，避免了人为操作，不但提高了汽车后隔板的装配精确度，而且大幅度提高了装配工作效率。

Description

视觉导引汽车后隔板装配机器人
技术领域
本发明属于汽车零部件装配的技术领域，尤其是指视觉导引汽车后隔板装配机器人。
背景技术
在大部分小型客车的后排座椅靠背与后备箱之间都设有一块隔板，由于该隔板将后备箱与车身内部隔开，因此称为汽车后隔板。通常所述汽车后隔板除了具有隔离功能外，还可以在所述隔板上存放物品，所述汽车后隔板上一般设有喇叭罩，所述喇叭罩相当于盖板，具有透风作用。其制造工艺是先将喇叭罩固定住，所述喇叭罩上设有多个螺钉，然后将压铸成型的初级后隔板上的多个通孔对应在所述喇叭罩上的螺钉上进行安装，最后通过紧固、涂胶等工序，最终形成汽车后隔板产品。目前，汽车后隔板的拆垛及和所述喇叭罩的装配，全部由人工来完成，不但费时费力而且效率低；再者，人工操作时也难保证所述汽车后隔板在生产线上安装位置的精准，从而影响后面工序的价格质量；另外，由于所述汽车后隔板的材质一般是玻璃纤维，人工抓取和装配时也容易伤害工人的身体。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中人工对汽车后隔板装配时导致效率低以及安装精度差的问题，提供一种避免人工操作且能有效提高工作效率及安装精度的视觉导引汽车后隔板装配机器人。
为解决上述技术问题，本发明的视觉导引汽车后隔板装配机器人，包括用于置放喇叭罩的第一上料装置以及用于置放汽车后隔板的第二上料装置，还包括关节机器人、与所述关节机器人相连的控制单元、以及用于夹持所述汽车后隔板的夹持装置，其中所述关节机器人的末端设有拆垛与装配执行装置，所述拆垛与装配执行装置上设有视觉定位装置以及吸盘装置，所述视觉定位装置通过所述控制单元确定所述关节机器人与所述第一上料装置上喇叭罩的相对位置以及所述关节机器人与所述第二上料装置上汽车后隔板的相对位置后，导引所述关节机器人控制所述吸盘装置抓取所述第一上料装置上的喇叭罩以及所述第二上料装置上的汽车后隔板并置放在所述夹持装置上。
在本发明的一个实施例中，所述拆垛与装配执行装置上还设有标定装置，所述标定装置包括标定板以及手标定块以及固定在地面上且与所述手标定块相对的地标定块。
在本发明的一个实施例中，所述拆垛与装配执行装置还包括支架以及设置在所述支架第一侧上用于抓取所述喇叭罩的第一吸盘、设置在所述支架第二侧上用于抓取所述后隔板的第二吸盘，且所述支架第一侧上设有第一组所述手标定块以及地标定块，所述支架第二侧上设有第二组所述手标定块以及地标定块。
在本发明的一个实施例中，所述视觉定位装置包括设置在所述拆垛与装配执行装置上的工业相机以及与所述工业相机配套的相机光源。
在本发明的一个实施例中，所述拆垛与装配执行装置上设有用于检测所述工业相机至所述喇叭罩之间距离的第一光纤传感器以及用于检测所述工业相机至所述汽车后隔板之间距离的第二光纤传感器。
在本发明的一个实施例中，所述关节机器人的机械臂通过法兰盘与所述拆垛与装配执行装置相连，且所述拆垛与装配执行装置所在的平面与所述法兰盘之间形成的夹角为30°-40°。
在本发明的一个实施例中，所述拆垛与装配执行装置所在的平面与所述法兰盘之间形成的夹角为35°。
在本发明的一个实施例中，所述夹持装置位于传输装置上，所述传输装置与所述控制单元相连。
在本发明的一个实施例中，所述控制单元包括用于采集数据的数据采集系统、与所述数据采集系统相连的数据处理控制系统、系统预警装置以及安全防护装置。
在本发明的一个实施例中，所述第一上料装置包括导轨以及位于所述导轨上的上料车，且所述导轨上设有到位传感器。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述视觉导引汽车后隔板装配机器人,包括末端设有拆垛与装配执行装置的关节机器人，且所述拆垛与装配执行装置上设有视觉定位装置以及吸盘装置，所述视觉定位装置通过控制单元确定出所述喇叭罩以及所述吸盘装置与汽车后隔板的相对位置，并通过所述关节机器人控制所述吸盘装置抓取并置放在所述夹持装置上进行装配，由于在整个工作过程中，所述喇叭罩和所述汽车后隔板的定位均由所述视觉定位装置完成，并导引所述关节机器人完成所述汽车后隔板的自动化装配作业，避免了人为操作，不但提高了所述的装配精确度，而且大幅度提高了工作效率。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述视觉导引汽车后隔板装配机器人的立体图；
图2是本发明所述视觉导引汽车后隔板装配机器人的俯视图；
图3是本发明所述关节机器人及拆垛与装配执行装置的立体图；
图4是本发明所述拆垛与装配执行装置的立体图。
附图标记说明：10-第一上料装置,11-喇叭罩,20-第二上料装置，21-汽车后隔板,22-导轨，23-上料车，30-关节机器人,31-机械臂，32-法兰盘，33-拆垛与装配执行装置，33A-工业相机，33C-支架，33D-第一吸盘，33E-第二吸盘，33F-第一光纤传感器，33G-第二光纤传感器，33H-标定板,33I-手标定块,33J-地标定块,40-控制单元，50-夹持装置，60-传输装置。
具体实施方式
请参考图1和图2所示，本实施例提供一种视觉导引汽车后隔板装配机器人，包括用于置放喇叭罩11的第一上料装置10以及用于置放后隔板21的第二上料装置20，还包括关节机器人30、与所述关节机器人30相连的控制单元40、以及用于夹持所述汽车后隔板的夹持装置50，其中所述关节机器人30的末端设有拆垛与装配执行装置33，所述拆垛与装配执行装置33上设有视觉定位装置以及吸盘装置，所述视觉定位装置通过所述控制单元40确定所述关节机器人30与所述第一上料装置10上喇叭罩11的相对位置以及所述关节机器人30与所述第二上料装置20上汽车后隔板21的相对位置后，导引所述关节机器人30控制所述吸盘装置抓取所述第一上料装置10上的喇叭罩11以及所述第二上料装置20上的汽车后隔板21并置放在所述夹持装置50上。
上述是本发明所述的核心技术方案，本发明所述视觉导引汽车后隔板装配机器人，其中所述第一上料装置10用于置放喇叭罩11，所述第二上料装置20用于置放汽车后隔板21，且所述关节机器人30的末端设有拆垛与装配执行装置33，所述拆垛与装配执行装置33上设有视觉定位装置以及吸盘装置，所述视觉定位装置通过所述控制单元40先确定出所述关节机器人30与所述第一上料装置10上喇叭罩11的相对位置，然后导引所述关节机器人控制所述吸盘装置抓取所述喇叭罩11并置放在所述夹持装置50上，接着，所述视觉定位装置通过所述控制单元40确定出所述关节机器人30与所述第二上料装置20上后隔板21的相对位置，导引所述关节机器人30控制所述吸盘装置抓取所述汽车后隔板21并置放在所述夹持装置50上，通过所述夹持装置50对所述汽车后隔板21进行夹持，且使所述汽车后隔板21上的通孔准确对准所述喇叭罩11上的螺钉，方便后续进行装配，由于在整个工作过程中，所述喇叭罩11与所述汽车后隔板21的定位均由所述视觉定位装置自动完成，导引所述关节机器人实现自动装配作业，且所有装配工序均由所述关节机器人自动化、柔性化完成，避免了人为操作，不但提高了汽车后隔板21的装配精确度，而且大幅度提高了工作效率。
如图3所示，所述关节机器人30的机械臂31通过法兰盘32与所述拆垛与装配执行装置33相连，且所述拆垛与装配执行装置33所在的平面与所述法兰盘32之间形成的夹角为锐角，从而可以避免机器人奇异点。具体地，所述拆垛与装配执行装置33所在的平面与所述法兰盘32之间形成的夹角为30°-40°时，可以有效避免机器人奇异点，且当所述拆垛与装配执行装置33所在的平面与所述法兰盘32之间形成的夹角为35°时，所述拆垛与装配执行装置33可自由运动。
如图4所示，所述视觉定位装置包括设置在所述拆垛与装配执行装置33上的工业相机33A以及与所述工业相机33A配套的相机光源，通过所述工业相机33A对所述第一上料装置10上喇叭罩11以及所述第二上料装置20的汽车后隔板21进行拍照，确定所述喇叭罩11以及所述汽车后隔板21的位置，实现视觉导引的汽车后隔板机器人自动化装配作业。
所述拆垛与装配执行装置33包括支架33C以及设置在所述支架33C第一侧上的用于抓取所述喇叭罩11的第一吸盘33D和设置在所述支架33C第二侧上用于抓取所述后隔板21的第二吸盘33E，其中所述第一吸盘33D和所述第二吸盘33E的数量均为多个，从而有利于稳固的抓取所述喇叭罩11以及所述汽车后隔板21。本实施例中，采用四个所述第一吸盘33D，从而有利于稳定抓取所述喇叭罩11；采用三个所述第二吸盘33E，从而有利于稳定抓取所述汽车后隔板21。
所述支架33C上还设有用于检测所述工业相机33A至所述喇叭罩11之间距离的第一光纤传感器33F以及用于检测所述工业相机33A至所述汽车后隔板21之间距离的第二光纤传感器33G，通过所述第一光纤传感器33F可以保证所述工业相机33A至所述喇叭罩11的距离，有利于通过所述工业相机33A拍照后再经过所述控制单元40的处理后获取所述喇叭罩11的位置；通过所述第二光纤传感器33G可以保证所述工业相机33A至所述汽车后隔板21的距离，有利于通过所述工业相机33A拍照后再经过所述控制单元40的处理后获取所述汽车后隔板21的位置。
为了实现通过所述拆垛与装配执行装置33精确的抓取所述喇叭罩11以及所述汽车后隔板21的位置，需要对所述关节机器人30的工具中心点以及对所述工业相机33A标定，且确定所述关节机器人30的极坐标系与所述工业相机33A坐标系的关系。具体地，所述支架33C上还设有标定装置，所述标定装置包括标定板33H、手标定块33I以及固定在地面上且与所述手标定块33I相对的地标定块33J；且所述支架33C第一侧上设有第一组所述手标定块33I以及地标定块33J，使所述第一组的手标定块33I以及地标定块33J靠近所述第一吸盘33D，从而有利于通过所述第一吸盘33D精确的抓取所述喇叭罩11；所述支架33C第二侧上设有第二组所述手标定块33I以及地标定块33J，使所述第二组的手标定块33I以及地标定块33J靠近所述第二吸盘33E，从而有利于通过所述第二吸盘33E精确的抓取所述汽车后隔板21。其中所述关节机器人30的工具中心点标定方法为：将所述手标定块33I安装在手上，所述地标定块33J安装在地面上，通过所述手标定块33I多次触碰所述地标定块33J来计算，具体通过四点法标定所述关节机器人30的工具中心点位置；所述工业相机33A标定方法为：将所述标定板33H置于所述工业相机33A的下方，利用所述工业相机33H多次拍摄所述标定板33H上的点，通过计算获取缩放比例以及修正参数，从而有效防止待拍摄物件的变形；所述关节机器人30的极坐标系与所述工业相机33A坐标系的关系通过所述手标定块33I多次触碰所述标定板33H上的点来计算，其采用刚体变换算法，具体算法公式如下：
其中，bp表示手标定块顶点在关节机器人30基坐标系上的坐标，且bp是从关节机器人30示教器读取的数据，T表示关节机器人30基坐标系相对于相机坐标系的平移向量，R表示关节机器人30基坐标系相对于相机坐标系的旋转矩阵，cp表示手标定块顶点在相机坐标系中的坐标，且cp是工业相机拍摄照片后处理所得的坐标。以触碰10次为例，即采集10组数据，然后根据最小二乘法计算出R和T的数值，确定出所述关节机器人30的极坐标系与所述工业相机33A坐标系的关系后，就可以实现精准的确认所述拆垛与装配执行装置33与所述喇叭罩11的相对位置以及所述拆垛与装配执行装置33与所述汽车后隔板21的相对位置。
所述第二上料装置20包括导轨22以及位于所述导轨22上的上料车23，使所述上料车23可沿所述导轨22运动，方便工人放料，且所述导轨22上设有到位传感器，所述上料车23上设有锁紧装置，通过所述到位传感器即可以判断小车的类型还可以判断小车是否行驶到位，一旦所述上料车23到达预定位置，锁紧所述上料车23，避免所述上料车23的移动。本实施例中，为了保证装配的工作效率，在所述关节机器人30的两侧即第一工位和第二工位上均布置所述第一上料装置10以及与所述第一上料装置10相邻的第二上料装置20。
所述控制单元40包括用于采集数据的数据采集系统、与所述数据采集系统相连的数据处理控制系统、系统预警装置和安全防护装置，其中所述数据采集系统将采集后的数据发送至所述数据处理控制系统，经过所述数据处理控制系统的处理后发送给所述关节机器人30，所述系统预警装置可以对自动装配系统起到预警作用，所述安全防护装置可以有效保证自动装配系统的安全。本实施例中，所述关节机器人30的工具中心点标定方法中涉及的数据、所述工业相机33A标定方法涉及的数据以及所述关节机器人30的极坐标系与所述工业相机33A坐标系的关系中涉及的数据均由所述数据处理控制系统处理。
所述夹持装置50位于传输装置60上，所述传输装置60与所述控制单元40相连，待所述汽车后隔板21装配至所述喇叭罩11完成后，所述控制单元40控制所述传输装置60运动，将装配好的汽车后隔板运送至下一个工位。
本发明所述视觉导引汽车后隔板装配机器人的工作原理如下：
将所述手标定块33I安装在手上，所述地标定块33J安装在地上，通过所述手标定块33I四次触碰所述地标定块33J来计算所述关节机器人30的工具中心点位置；其次将所述标定板33H置于所述工业相机33A的下方，对所述工业相机33A进行标定；然后通过所述刚体变换算法确定所述关节机器人30的极坐标系与所述工业相机33A坐标系的关系；标定完成后，所述关节机器人30通过所述第一光纤传感器33F到达所述第一工位上喇叭罩11的拍照位置，通过所述工业相机33A拍照，将所述信息传递给所述控制单元40，由所述控制单元40判断出所述喇叭罩11的位置坐标及偏转角度，再通过所述第一吸盘33D抓取所述喇叭罩11，并将所述喇叭罩11输送至所述夹持装置50的对应位置上；接着，所述关节机器人30通过所述第二光纤传感器33G到达所述第一工位上汽车后隔板21的拍照位置，通过所述工业相机33A拍照，将所述信息传递给所述控制单元40，由所述控制单元40判断出所述汽车后隔板21的位置坐标及偏转角度，再通过所述第二吸盘33E抓取所述汽车后隔板21，并将所述汽车后隔板21输送至所述夹持装置50上，与所述喇叭罩11进行装配；待装配完成后，所述控制单元40控制所述传输装置60移动，所述第一工位装配完成；接着按照同样的方法，装配所述第二工位，具体地，所述关节机器人30通过所述第一光纤传感器33F到达所述第二工位上喇叭罩11的拍照位置，通过所述工业相机33A拍照，由所述控制单元40判断出所述喇叭罩11的位置坐标，再通过所述第一吸盘33D抓取所述喇叭罩11，并将所述喇叭罩11输送至所述夹持装置50的对应位置上；接着，所述关节机器人30通过所述第二光纤传感器33G到达所述第二工位上汽车后隔板21的拍照位置，通过所述工业相机33A拍照，并由所述控制单元40判断出所述汽车后隔板21的位置坐标及偏转角度，再通过所述第二吸盘33E抓取所述汽车后隔板21，并将所述汽车后隔板21输送至所述夹持装置50上，与所述喇叭罩11进行装配；待装配完成后，所述控制单元40控制所述传输装置60移动，所述第二工位装配完成；依此循环不断的将所述第一工位和所述第二工位上的所述喇叭罩11和所述汽车后隔板21装配完成。
需要注意的是：上述在第一工位装配时，可以对第二工位进行补料，以确保所述第二工位上有足够的物料，同理，在所述第二工位装配时，可以对第一工位进行补料，从而在节约时间的同时，有效提高了工作效率。
综上，本发明所述技术方案具有以下优点：
1.本发明所述视觉导引汽车后隔板装配机器人，包括第一上料装置、第二上料装置、关节机器人、与所述关节机器人相连的控制单元以及夹持装置，其中所述第一上料装置用于置放喇叭罩，所述第二上料装置用于置放汽车后隔板，且所述关节机器人的末端设有拆垛与装配执行装置，所述拆垛与装配执行装置上设有视觉定位装置以及吸盘装置，所述视觉定位装置通过所述控制单元先确定出所述关节机器人与第一上料装置上喇叭罩的相对位置，然后导引所述关节机器人控制所述吸盘装置抓取所述喇叭罩并置放在所述夹持装置上，接着，所述视觉定位装置通过所述控制单元确定出所述关节机器人与所述第二上料装置上汽车后隔板的相对位置，然后导引所述关节机器人控制所述吸盘装置抓取所述后隔板并置放在所述夹持装置上，通过所述夹持装置对所述汽车后隔板进行夹持，且使所述汽车后隔板上的通孔准确对准所述喇叭罩上的螺钉，方便后续进行装配，由于整个工作过程均由视觉定位装置自动判断关节机器人与喇叭罩以及关节机器人与汽车后隔板的相对位置，导引所述关节机器人实现自动装配作业，且所有装配工序均由关节机器人自动化、柔性化完成，避免了人为操作，不但提高了装配的精确度，而且大幅度提高了工作效率。
2.本发明所述视觉导引汽车后隔板装配机器人，所述拆垛与装配执行装置包括支架以及设置在所述支架第一侧上的用于抓取所述喇叭罩的第一吸盘和设置在所述支架第二侧上用于抓取所述后隔板的第二吸盘，从而有利于稳固的抓取所述喇叭罩以及所述汽车后隔板。所述支架上还设有用于检测所述工业相机至所述喇叭罩之间距离的第一光纤传感器以及用于检测所述工业相机至所述后隔板之间距离的第二光纤传感器。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种视觉导引汽车后隔板装配机器人，包括用于置放喇叭罩的第一上料装置以及用于置放汽车后隔板的第二上料装置，其特征在于：还包括关节机器人、与所述关节机器人相连的控制单元、以及用于夹持所述汽车后隔板的夹持装置，其中所述关节机器人的末端设有拆垛与装配执行装置，所述拆垛与装配执行装置上设有视觉定位装置以及吸盘装置，所述视觉定位装置通过所述控制单元确定所述关节机器人与所述第一上料装置上喇叭罩的相对位置以及所述关节机器人与所述第二上料装置上汽车后隔板的相对位置后，导引所述关节机器人控制所述吸盘装置抓取所述第一上料装置上的喇叭罩以及所述第二上料装置上的汽车后隔板并置放在所述夹持装置上。
2.根据权利要求1所述的视觉导引汽车后隔板装配机器人，其特征在于：所述拆垛与装配执行装置上还设有标定装置，所述标定装置包括标定板、手标定块以及固定在地面上且与所述手标定块相对的地标定块。
3.根据权利要求2所述的视觉导引汽车后隔板装配机器人，其特征在于：所述拆垛与装配执行装置还包括支架以及设置在所述支架第一侧上用于抓取所述喇叭罩的第一吸盘以及设置在所述支架第二侧上用于抓取所述汽车后隔板的第二吸盘，且所述支架第一侧上设有第一组所述手标定块以及地标定块，所述支架第二侧上设有第二组所述手标定块以及地标定块。
4.根据权利要求1所述的视觉导引汽车后隔板装配机器人，其特征在于：所述视觉定位装置包括设置在所述拆垛与装配执行装置上的工业相机以及与所述工业相机配套的相机光源。
5.根据权利要求4所述的视觉导引汽车后隔板装配机器人，其特征在于：所述拆垛与装配执行装置上设有用于检测所述工业相机至所述喇叭罩之间距离的第一光纤传感器以及用于检测所述工业相机至所述汽车后隔板之间距离的第二光纤传感器。
6.根据权利要求1所述的视觉导引汽车后隔板装配机器人，其特征在于：所述关节机器人的机械臂通过法兰盘与所述拆垛与装配执行装置相连，且所述拆垛与装配执行装置所在的平面与所述法兰盘之间形成的夹角为30°-40°。
7.根据权利要求6所述的视觉导引汽车后隔板装配机器人，其特征在于：所述拆垛与装配执行装置所在的平面与所述法兰盘之间形成的夹角为35°。
8.根据权利要求1所述的视觉导引汽车后隔板装配机器人，其特征在于：所述夹持装置位于传输装置上，所述传输装置与所述控制单元相连。
9.根据权利要求1或8所述的视觉导引汽车后隔板装配机器人，其特征在于：所述控制单元包括用于采集数据的数据采集系统、与所述数据采集系统相连的数据处理控制系统、系统预警装置以及安全防护装置。
10.根据权利要求1所述的视觉导引汽车后隔板装配机器人，其特征在于：所述第一上料装置包括导轨以及位于所述导轨上的上料车，且所述导轨上设有到位传感器。
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