CN110730758A - 包括用于更换组件的活动的机器人的容器处理设施 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于处理诸如瓶的容器的容器处理设施(100)，其包括至少一个容器处理机(120、130)和活动的协作机器人(101)，协作机器人(101)被构造成用于机器人‑机器人交互和/或用于机器人‑人交互，其中所述协作机器人(101)被构造成配合对容器处理机的组件的更换。本发明还涉及更换容器处理设施的容器处理机的组件的对应方法。

Description

包括用于更换组件的活动的机器人的容器处理设施

技术领域

本发明涉及根据方案1的用于处理诸如瓶的容器的容器处理设施，并且涉及根据方案9的更换饮料加工产业中的容器处理设施的容器处理机的组件的方法。

背景技术

从现有技术中已知包括一个或多个容器处理机的容器处理设施。

同样地，已知的是，在格式改变的情况下，例如当从第一瓶尺寸改变成第二瓶尺寸时，必须修改这些机器。通常，出于该目的而对机器组件进行更换。例如，可以更换吹塑机的吹塑模具。

这种格式改变通常是手动执行的，即这种格式改变是由机器的操作者执行的。这对一部分操作者而言，需要承担相当大的时间消耗和身体上的劳累。

发明内容

任务

于是，以已知的现有技术为基础，所要解决的技术任务是提供能够用最少的时间花费且对操作者无任何困难地更换组件的容器处理设施。

方案

该任务通过根据方案1的容器处理设施和根据方案10的更换容器处理设施的容器处理机的组件的方法以及根据方案14的容器处理设施的***来解决。本发明的有利的进一步发展记载在从属方案中。

由本发明公开的且用于处理诸如瓶的容器的容器处理设施包括至少一个容器处理机和活动的协作机器人，协作机器人被构造成用于机器人-机器人交互和/或用于机器人-人交互，其中协作机器人被构造成配合对容器处理机的组件的更换。

协作机器人应当被理解为是指由计算机或处理单元控制的所有装置，其装配有例如用于与周围事物相互作用的工具或类似的构件，并且能够以如下方式与人或与其它机器人交互：与人或与机器人配合以完成例如组件更换操作时的特定任务，或者自己执行该过程的子步骤或以支持能力(in asupporting capacity)协助该子步骤。例如，协作机器人可以举起对于操作者而言太重的组件，而操作者将该组件操纵到正确的位置。特别地，术语“协作机器人”应当被理解为是指已知的COBOT。

协作机器人在更换容器处理机的组件方面的配合应当被理解为，协作机器人至少执行组件更换的子步骤，或者至少参与该子步骤并与人或与某些其它机器人配合地执行该子步骤。在这里，机器人的配合不限于以如下方式与操作者/人同时配合：操作者和机器人两者同时(一起或彼此独立地)在机器处执行任务。配合还可以包括准备步骤或后续步骤，其不仅可以在机器静止不动时执行，而且还可以在生产期间执行。示例性但不排他地，这些步骤包括为了装配而对(新的或额外的)材料、改变部件、工具的提供，以及在装配之后对(旧的或使用过的)材料、改变部件、工具等的处置。无需赘述，这些准备步骤和/或后续步骤还可以在操作者在场并且正在执行其它任务时在机器处进行。此外，这些步骤还可以在操作者完全不在场时进行，并且还可以在任何情况下均不迫切地需要与可能存在的操作者配合。

在这里，术语“活动”的协作机器人应当被理解为是指该机器人整体上不限于特定的位置，而是能够例如在工厂车间里从一个位置移动到另一位置。该移动可以自主地发生，即机器人可以独立地从一个位置移动到另一位置，基本上不需要操作者的进一步监视或控制。或者，机器人的移动可以由操作者控制。

这种活动的协作机器人的使用允许组件的有时间效率的更换，由此将能够减轻人的工作量，或者至少能够减少就一部分操作者而言所需的人力数量和在组件更换操作时执行的动作。同时，由于组件更换的至少数个子步骤是由机器人执行的，所以能够以有利的方式降低组件更换操作的错误倾向(error-proneness)。

根据实施方式，协作机器人包括安全***，安全***被构造成连续地确定与位于协作机器人周围的人发生碰撞的风险，以便控制协作机器人的移动，使得发生碰撞的风险最小化。以这种方式，能够最小化损坏其它机器人的风险，并且特别地能够最小化与协作机器人配合的操作者受伤的风险。

根据该实施方式的进一步发展，机器人不包括任何单独的保护装置。单独的保护装置是例如保护壁，该保护壁将机器人的移动区域与周围事物分隔开，使得操作者无法无意地进入该移动区域。如果能够省略这些保护装置，则协作机器人能够直接与操作者或其它机器人交互，从而能够更有效地进行组件更换操作时的协作。

根据另一实施方式，容器处理设施包括第二容器处理机，协作机器人能够在容器处理机与第二容器处理机之间移动。因此，不必在各容器处理设施处单独地设置对于更换组件而言必须的所有机器人，而是基于该实施方式，例如在各容器处理机处所需的用于更换组件的机器人能够对所有容器处理机有效，从而能够降低***的购置成本。

另外，机器人可以包括机器人臂，机器人臂具有用于与容器处理机相互作用的工具。该工具可以例如被构造成夹持器、把持器或螺丝刀等的形式并能够由机器人使用，例如用于保持容器处理机的组件，或者用于将其从容器处理机拆下或用于将其安装到容器处理机。

根据该实施方式的进一步发展，协作机器人包括工具改变***，借助于工具改变***，机器人的工具能够被更换为工具改变***携带的某些其它工具。例如，工具改变***可以被构造为用于不同工具的盒子，并且机器人可以被构造成将其工具中的一个工具放在该盒子中、移除另一工具并使用另一工具代替第一工具。为了更换机器人的工具，机器人还可以包括或分配有额外的机器人臂，该额外的机器人臂被构造成从机器人移除工具并用来自工具改变***的一个工具代替该工具。

于是，协作机器人在使用时变得更加灵活，并且还能够出于不同的目的，在容器处理设施的不同容器处理机处有利地使用协作机器人。

此外，协作机器人可以配置于可移动平台。因而，能够以尽可能高的稳定性来支撑机器人的组件(支撑于平台)，并且能够借助于平台同时实现协作机器人的整体移动。

根据该实施方式的进一步发展，可移动平台与被构造为定子且延伸经过容器处理设施的引导件一起形成线性驱动器。线性驱动器是节能的，同时能够非常精确地控制，从而能够灵活同时以高的精度调整协作机器人的位置。

还能够想到驱动的其它可能性，取决于相应的要求，驱动能够以有利的方式实现。例如，可以优选使用航位推算法(dead reckoning)(另外地，测程法(odometry))、具有连续指引(guideline)的轨迹引导、LIDAR***、网格导航、激光导航、与环境特征(2D或3D)相关的2D和3D激光扫描仪、与图像识别软件组合的2D照相机或3D照相机以及GPS***(特别地，室内GPS***)。在这些情况下，机器人可以有利地装配有其自身的驱动器，特别是电驱动器。

根据实施方式，活动的协作机器人被构造为人形机器人，并且包括被构造成配合由机器人执行的动作的两个臂和/或两条腿。因而，能够更加有效地实现与操作者的交互，并且能够省略额外的诸如保护壁的保护装置。

由本发明公开的且用于更换饮料加工产业中的容器处理设施的容器处理机的组件的方法包括被构造成用于机器人-机器人交互和/机器人-人交互的活动的协作机器人配合对组件的更换。因而，能够减轻就部分操作者而言的工作量，并且还能够降低组件更换操作时的错误倾向。

根据实施方式，协作机器人借助于安全***连续地确定与位于机器人周围的人发生碰撞的风险，并且控制机器人的移动，使得发生碰撞的风险将被最小化。因而，能够降低与协作机器人交互的操作者受伤的风险。

根据实施方式，协作机器人执行或参与如下动作中的至少一个动作：在特定位置拾取组件、将组件移动至特定位置、建立和/或松弛组件的紧固、介质管线和/或缆线和/或供给管线的联接和/或断开以及执行调整工作。这些动作包括移动重物和/或这些动作需要相当大的精度。机器人特别适合这两种任务。

另外，假定在更换容器处理机的组件之前和/或期间，协作机器人将协作机器人处的工具更换为工具改变***所携带的某些其它工具。

因而，协作机器人还能够灵活地用于更换容器处理机的不同组件。

本发明还提供包括至少两个容器处理设施的***，各容器处理设施均包括至少两个用于处理容器的容器处理机，其中，***包括至少一个活动的协作机器人，协作机器人被构造成用于机器人-机器人交互和/或用于机器人-人交互，协作机器人被构造成配合对容器处理设施中的一个容器处理设施的容器处理机的组件的更换，并且被构造成在该容器处理设施的容器处理机与其它容器处理设施的另一容器处理机之间独立地移动。

根据实施方式，容器处理设施被构造为饮料灌装设施，并且均包括用于向容器灌装产品的至少一个灌装器，并且包括配置在灌装器的下游(即，当沿容器在设施中的传输方向或移动方向观察时的下游)且用于封闭容器的封盖器。

附图说明

图1示出了容器处理设施的实施方式的示意图，

图2a示出了根据实施方式的协作机器人的细节示意图，

图2b示出了实施方式中的被构造为人形机器人的协作机器人的细节示意图。

具体实施方式

图1示出了根据实施方式的容器处理设施100的示意图。在这里示出的实施方式中，容器处理设施配置在例如工厂车间180中，并且包括两个容器处理机120和130。在本实施方式中，容器处理机120被构造为分配有贴标单元121的贴标机，容器处理机130被构造为分配有吹塑模具132的吹塑成型机。

这些示例性实施方式不是强制性的，并且容器处理设施100还可以包括完全不同的容器处理机以及不同数量的容器处理机(例如，仅一台或多于两台)。

另外，还包括如下实施方式：不仅设置一个容器处理设施，而是设置多个容器处理设施。多个容器处理设施可以包括至少部分相同的容器处理机。例如，第一容器处理设施可以包括吹塑成型机、灌装器、封盖器和贴标机，而第二容器处理设施包括吹塑成型机、灌装器、封盖器和用于在容器上印刷的印刷机。

此外，在图1所示的实施方式中，容器处理机130分配有固定的机器人131，机器人131可以被构造成用于操纵容器处理机130的组件。该机器人可以例如更换被构造为吹塑成型机的容器处理机130的吹塑模具。

然而，在图1所示的情形下，操作者150可以在容器处理机120处执行工作。例如，他可以替换贴标单元121上的空标签卷。

机器人131和操作者150在这里仅是示例性地示出的，以便图示出稍后说明的各种情形。例如，可以提供额外的操作者来代替机器人131，或者可以有多个操作者和/或机器人在容器处理机处共同工作。

根据本发明，容器处理设施100还包括活动的协作或合作机器人101。在这里示出的实施方式中，该机器人可以配置于例如可移动的平台115，平台115优选地能够移动经过整个工厂车间180。在下文中，可以将平台理解为机器人101的一部分。

由于协作机器人101通常旨在与一个或多个容器处理机120和130组合使用，所以机器人101还可以被配置成其能够沿着引导件102移动。特别地，平台和引导件102可以一起以如下方式限定线性马达：引导件102形成该线性马达的定子。还能够想到用于移动机器人的其它结构设计。特别地，机器人可以具有其自身的驱动器(优选地，具有至少一个电动马达的电驱动器)，并且还可以装配有其自身的导航***，使得机器人能够实质上独立地移动。可以优选使用的是航位推算法(另外地，测程法)、具有连续指引的轨迹引导、LIDAR***、网格导航、激光导航、与环境特征(2D或3D)相关的2D和3D激光扫描仪、与图像识别软件组合的2D照相机或3D照相机以及GPS***(特别地，室内GPS***)。

机器人的电力供给可以借助于一个或多个能量存储单元(优选地，蓄电池)来提供。能量存储单元可以在不使用机器人时在中央充电站处进行充电，或者可以借助于感应过程例如在各容器处理机处在运行期间被供给电力。另外，空的蓄电池还可以由机器人自身更换成充满电的蓄电池，从而能够使机器人的停机时间保持得短，并且机器人将以尽可能高的程度随时准备使用。

另外，应当参照如下事实：机器人不限于在单个容器处理设施的容器处理机之间移动。如稍早已经解释的，还可以设置多个容器处理设施。在这种情况下，机器人还可以在各个容器处理设施的容器处理机之间移动。在这里，用于导航的必要装置以及可能的独立驱动器与在单个容器处理设施的容器处理机之间移动的情况使用的那些对应。

根据特别优选的实施方式，可以为各类型的容器处理机提供协作机器人，该机器人对正在讨论的类型的情况所要解决的任务尤其适用。例如，第一类型的机器人可以装配有在吹塑成型机处工作的专用工具，而另一类型的机器人可以装配有在贴标机处工作的其它工具。

机器人可以设置有机器人臂111，机器人臂111具有安装于其一端的至少一个工具112。工具可以例如是用于保持物体(特别是保持容器处理机的组件)的把持器或类似机构。

根据本发明，协作机器人101能够至少在更换容器处理机120(与其作为贴标机的特定设计无关)处的组件方面协助操作者。例如，协作机器人101可以断开贴标单元处的连接，使得操作者能够取出空的标签卷。可选地，操作者可以在协作机器人保持标签卷的同时使连接(例如，螺钉连接)变松，以防止标签卷掉落到操作者上，从而最小化操作者受伤的风险。

另外地或可选地，在更换容器处理机130处的组件(例如，吹塑模具)方面，协作机器人101还可以例如与机器人131配合。

原则上，协作机器人101被构造成其不设置有诸如分隔件的单独保护装置，也不在其参与更换容器处理机处的组件所在的工作位置处为其分配这种保护装置。因此，对于操作者150以及其它机器人131而言，可以随时访问协作机器人的工作区域(例如，机器人臂111的工作区域)。这允许操作者和其它机器人与协作机器人进行实际交互，从而能够确保容器处理机的有效转换(effective changeover)。

然而，为了降低尤其是与这种协作机器人配合的人受伤的风险，可以设置安全***，如在图2中更详细解释的，通过控制协作机器人101的移动来最小化与操作者发生碰撞的风险。

图2a示出了协作机器人101的更详细的示意图。如已经参照图1所说明的，机器人可以包括平台115，机器人能够借助于平台115放置在根据图1的引导件102上。可选地，平台还可以装配有轮子和转向***以及其自身的驱动器，用于经过工厂车间的独立导航或用于至少部分由操作者控制的导航。为此，机器人还可以具有集成的导航***，其允许机器人的控制单元至少确定机器人的相对位置。

平台还可以容纳一部分或全部控制电子设备以及机器人的电源。

另外，平台可以在其上或其中设置有多个传感器251至253，传感器251至253可以形成安全***的一部分，利用传感器251至253，机器人101确定与靠近机器人101的操作者发生碰撞的风险并控制机器人101的移动，从而与操作者发生碰撞的风险(以及因而受伤的风险)将最小化到尽可能高的程度。这可以通过机器人101或设置在机器人中的控制电子设备自主地完成，也可以与容器处理设施的其它控制单元交互地完成。传感器还可以用作上述导航***的一部分，以便允许机器人确定其位置并移动例如经过工厂车间180。

另外，机器人101可以包括配置于例如平台115的机器人臂111。机器人臂可以由多个关节213和215以及多个臂区段214和216形成。在这里示出的两个关节和两个臂区段不是强制性的。机械臂还可以仅由一个关节和一个臂区段构成，或者由两个关节和一个臂区段构成以及由多个关节和多个臂区段构成。

在任意情况下，机器人均包括一个或多个工具112。如在这里示例性示出的，这些工具可以包括螺丝刀121和把持器222。根本地，机器人臂111可以具有前部区域，其中配置有用于大量不同工具的安装装置。这些可以例如是具有螺纹或棘爪连接(clickconnection)的开口。此外，该区域中还可以设置有用于为所附接的工具供给电力的连接器(connection)或控制电子设备。

当机器人101的工具能够更换(特别是快速更换)时，将是特别有利的。当机器人具有工具改变***230时，在这里是特别优选的。该工具改变***可以由工具存储单元235和分配给该工具存储单元的机器人臂形成，或者十分普遍地，可以由具有特别是抓握元件232的机器人231形成。工具存储单元235中可以配置有多个工具225和224，多个工具225和224能够通过机器人231移除并能够附接于机器人臂111。为此，机器人231可以被构造成与机器人臂(或元件111的对应其它实施方式)交互，机器人231能够移除安装于机器人臂111的工具221或222，将工具221或222存放在工具分类部(tool assortment)235中，从工具分类部235中取出工具并将该工具安装到机器人臂111。根据特别优选的实施方式，机器人231还被构造成建立可能必须在附接于机器人臂111的工具与机器人臂自身之间建立的连接(例如，控制电子设备或紧固件)。

根本地，以这种方式装配的协作机器人101能够执行与组件的更换或容器处理机的常规改造(general retooling)有关的广泛动作。这特别地包括不仅是在各个容器处理机处而且如果必要的话还在传输装置和包装机上进行的诸如吹塑模具的组件的拾取和保持以及传输、配件或组件的更换。同样地，可以通过机器人断开或关闭线路或连接，并且可以进行定位或设定工作，特别是调整工作。

如已经提及的，机器人具有能够用于最小化与操作者或一些其它机器人发生碰撞的风险的安全***。安全***(在图2a中用传感器251至253代表)可以包括例如雷达***或LIDAR***。另外地或可选地，还可以使用一个或多个照相机，特别是3D照相机。接触式传感器在这里也是选项。另外地或可选地，所说明的传感器***中的一些传感器***还可以用于允许能够自由移动的机器人(例如，其能够在位于工厂车间180的地面的辊上移动)在工厂车间180内导航。

图2b示出了根据本发明的活动机器人的另一优选实施方式。根据该实施方式，在这里作为“人形”机器人的机器人260优选地设置有两个臂261、262和两条腿263、264，或者至少设置有两个臂(例如，如在图2a中用附图标记111说明的两个机器人臂)。臂和腿可以优选地全部一起使用以执行特定的任务。例如，臂可以有利地用于保持可能对于人类而言太重的较大组件并使用腿将其移动到特定位置或使该组件定位。

臂261和262可以类似于机器人臂111地构造，并且也可以具有在图1和图2a的背景下说明的且能够被更换(如果必要的话)的工具。

可选地或另外地，臂中的一个臂或这两个臂可以设置有如在图2b中示例性示出的针对臂261的机器人手270。机器人优选地装配有控制单元(计算机等)，其允许与人手的移动大致相对应地控制机器人手270。机器人手270可以装配有多个可控制的致动器(电动马达，特别是定位驱动器)，以便尽可能独立地移动机器人手270的各个肢。

特别地，机器人手可以被构造成引导和操作还能够由人类使用的工具。例如，机器人手270能够握住螺丝刀271，并且使用螺丝刀271来拧紧或拧松螺钉。因而，用于安装机器部件或形成机器部件的工具能够由人类操作者和机器人两者使用，这能够相当大地简化人与机器人之间的配合。

为了甚至进一步简化交互，还可以与到目前为止所说明的所有机器人一起使用显示器280和/或语音输出，借助于显示器280和/或语音输出，可以通知存在于机器人附近的操作者例如关于由机器人执行的动作。

另外，操作者可以例如通过操作被构造为触摸屏的显示器280(可选地，显示器还可以具有与其相关联的键盘或类似装置)或借助于语音控制，经由这些装置与机器人交互。机器人还可以通过借助于显示器或语音输出来输出针对操作者的信息、与例如用于改造机器的特定步骤有关的信息，在待由操作者执行的动作方面协助操作者。另外，取决于待由操作者执行的动作的类型以及可能涉及的组件的类型，可以在显示器上播放视频或可以显示用户手册。

为了允许机器人尽可能独立地工作，由机器人处理的组件或形成部件可以设置有标记，例如RFID标签，并且机器人能够通过使用适当的装置(在本示例的情况下，为RFID传感器或读取器)来识别这些标记。

为了保证当机器人必须对容器处理机执行动作时，其将具有必要的组件，并且如果必要的话，还将具有可供其处置的工具，可以指示操作者设置它们，或者优选地，可以设置无人驾驶传输***，借助于自动手推车或其它装备，无人驾驶传输***在适当的时候将所需的部件、工件或机器组件传输到相应的容器处理机，或者无人驾驶传输***还将机器的被更换的组件供给到(外部)存储设备。虽然前述实施方式均被说明成地面支撑式协作机器人101，但是位于工厂车间的墙壁或天花板上的配置也是可能的(尤其是当机器人的实施方式被构造成其包括与引导件102相互作用的平台(在这方面参照图1)时)，因而允许机器人移动，使得操作者能够完全地访问工厂车间的地面。

原则上，可以通过中央控制器(计算机、服务器等)来确保对一个或多个容器处理设施中的一个或所有机器人的控制，从而能够省略单独为各机器人分配的各个控制单元。可选地，机器人还能够借助于适当的传感器(例如，照相机)来识别周围事物，并且能根据其自主地导出任务，该任务是机器人然后将优选再次独立地/自主地执行的任务。

Claims (15)

1.一种用于处理诸如瓶的容器的容器处理设施(100)，其包括至少一个容器处理机(120、130)和活动的协作机器人(101)，所述协作机器人被构造成用于机器人-机器人交互和/或用于机器人-人交互，其中所述协作机器人(101)被构造成配合对所述容器处理机的组件的更换。

2.根据权利要求1所述的容器处理设施(100)，其特征在于，所述协作机器人(101)包括安全***，所述安全***被构造成连续地确定与位于所述协作机器人周围的人发生碰撞的风险并控制所述协作机器人的移动，使得发生碰撞的风险将被最小化。

3.根据权利要求2所述的容器处理设施(100)，其特征在于，所述协作机器人不包括任何单独的保护装置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的容器处理设施(100)，其特征在于，所述容器处理设施(100)包括第二容器处理机(120、130)，所述协作机器人能够在所述容器处理机与所述第二容器处理机之间移动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的容器处理设施(100)，其特征在于，所述协作机器人(101)包括机器人臂(111)，所述机器人臂(111)具有用于与容器处理机相互作用的工具(112)。

6.根据权利要求5所述的容器处理设施(100)，其特征在于，所述协作机器人包括工具改变***(230)，借助于所述工具改变***(230)，所述协作机器人的工具(112)能够被更换为所述工具改变***(230)携带的某些其它工具(225、224)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的容器处理设施(100)，其特征在于，所述协作机器人配置于可移动平台(115)。

8.根据权利要求7所述的容器处理设施(100)，其特征在于，所述可移动平台与被构造为定子且延伸经过所述容器处理设施(100)的引导件(102)一起形成线性驱动器。

9.根据权利要求1至4、7或8中任一项所述的容器处理设施(100)，其特征在于，所述活动的协作机器人被构造为人形机器人(260)，并且包括被构造成配合由所述机器人执行的动作的两个臂(261、262)和/或两条腿(263、264)。

10.一种更换饮料加工产业中的容器处理设施(100)的容器处理机(120、130)的组件的方法，其中，被构造成用于机器人-机器人交互和/机器人-人交互的移动的协作机器人(101)配合对所述容器处理机的组件的更换。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述协作机器人借助于安全***连续地确定与位于所述协作机器人周围的人发生碰撞的风险，并且控制所述协作机器人的移动，使得发生碰撞的风险将被最小化。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述协作机器人(101)执行或参与如下动作中的至少一个动作：在特定位置拾取组件、将组件移动至特定位置、建立和/或松弛组件的紧固、介质管线和/或缆线和/或供给管线的联接和/或断开、执行调整工作。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，在更换所述容器处理机的组件之前和/或期间，所述协作机器人(101)将所述协作机器人处的工具(112)更换为工具改变***(230)所携带的某些其它工具(225、224)。

14.一种包括至少两个容器处理设施的***，各所述容器处理设施均包括用于处理容器的至少两个容器处理机，其中，所述***包括至少一个活动的协作机器人(101)，所述协作机器人(101)被构造成用于机器人-机器人交互和/或用于机器人-人交互，所述协作机器人(101)被构造成配合对所述容器处理设施中的一个容器处理设施的容器处理机的组件的更换，并且被构造成在所述容器处理设施的容器处理机与其它容器处理设施的另一容器处理机之间独立地移动。

15.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述容器处理设施被构造为饮料灌装设施，并且均包括用于向容器灌装产品的至少一个灌装器，并且包括配置在所述灌装器的下游且用于封闭所述容器的封盖器。

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