CN100555138C - 遥控无人船与遥控器 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种遥控无人船，其可利用遥控与一遥控器自由地操作。遥控无人船包括用来产生推进力的推进力源11，用以自由地改变前进方向的操控器13，用以接收从一遥控器20藉由无线电所传送讯号的第一传送-接收天线14，用以依从第一传送-接收天线14所传来的讯号来控制推进力源11与操控器13的第一控制器15，用以记忆预先设定之原来位置的记忆装置17，以及用以接收从人造卫星所传送电波的GPS天线16。第一控制器15依GPS天线16所接收到的电波计算目前的位置，而，当所显示的状况可满足时，启动推进力源11与操控器13的自动控制，以依目前位置与原来位置的资讯，执行回归动作，如此，遥控无人船即不会有遗失的可能。

Description

遥控无人船与遥控器

技术领域

本发明是有关一种遥控无人船，其可利用遥控自由地操作，以及其遥控器。

背景技术

众所周知，无人遥控模型已被人们所应用。

为了测量水底与海水、湖水、池水与河水的水质状况，一可遥控的无人船也已被使用。此遥控无人船装载着一声纳，因此可藉由传送超音波到水底并接收水底所反射的超音波来侦测水底或水中的状况。操作者可从远处操控此遥控无人船并在一预定地方测量水底。此系统的一个技术揭示于日本平11-350536号特许公开公报中。该技艺会由于在浅滩或窄水区抗拒大型无人船的接近而受到影响，尤其是在恶劣的天气中，不管是白天或晚上。

当上述构造的此种遥控无人船在操作时，并不能使得操作者经常可成功的控制此遥控无人船。此遥控无人船在以下的状况常会失控，例如，当遥控无人船在水浪上驶过且流到遥控器的电波无法到达的远处时，当船身被水浪激烈地撑起，导致用以接收遥控器的电波的天线因为船体撞击石头而损坏时，以及，当用来遥控无人船的电源消耗完毕而无法供应驱动电源时。

在此一情形中，人们会被迫去寻找遥控无人船。但是，无可否认的，找寻的结果，经常有无法使遗失的船只定位与回复的可能性。

发明内容

本发明的一个目的即在于提供一种遥控无人船，其不会遗失且可回复无碍，以及其遥控器(包含一无线基地台)。

本发明的遥控无人船系以一用来产生推进力的推进力源、一用来自由地改变移行方向的操控器、一用以接收从遥控器利用无线收讯器所传送的讯号的第一传送-接收天线、一以第一传送-接收天线所接收的讯号为基础，用以控制推进力源与操控器的第一控制器、一用以记忆要设定的起始位置的记忆器，以及一用以接收藉由一人造卫星所传送的电波的GPS天线。第一控制器利用由GPS天线所接收的电波计算目前的位置，而且，在满足规定状况之下，启动推进力源与操控器的自动控制器，该操控器即能够以目前位置与起始位置为基础，指向回复原来位置。

船只遥控器包括一第二传送-接收天线，以利用一无线收讯器传送有关操作推进力源与操控器的讯号至遥控无人船，并接收监视有关藉由一侦测器所侦测到的水中与水底的状态的资讯，以及一第二控制器，以供给关于推进力源、操控器与检测器的操作讯号至第二传送-接收天线。

藉由依照本发明的遥控无人船，回归至起始位置的动作，在当预定的条件满足了以后，乃可自动地达成，故遥控无人船不会遗失。

本发明所预期的遥控器乃可利用无线电传送有关操作遥控无人船的讯号，因此，操作者可自由地操控遥控无人船。

依照本发明的此种遥控器，其可接收由遥控无人船的侦测器所侦测得的水中与水底的状态资讯。因此，有关水中与水底的资讯可立即被分析或储存起来以使用来产生地图数据。

附图说明

图1为本发明的遥控无人船以及其使用的遥控器。

图2为部份截面的船只侧视图。

图3为船只的平面图。

图4为解释操控器的立体图。

图5为一方块图，解释操控器的结构。

图6为一示意图，描述在一监视器上的显示例。

图7为一示意图，描述所产生的水底地形的地图。

图8为一示意图，描述水底的地形状况。

图9为一流程图，解释船只的动作流程。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的较佳具体实施例。

图1系描述本发明的遥控无人船以及其使用的遥控器。

如图1所示，本发明的遥控无人船(以下以″无人船″示之)10与遥控器20系可以使用一特定的电波互相通讯。

无人船10系可依照从遥控器20所传送的电波而于水上作前进、打转与后退的动作。

无人船10，在满足一特定的条件后，系自动回归至原来位置，该原来位置的设定将在以下详细叙述。

遥控器20可通过一电缆的媒介连接至一电脑30。遥控器20可传送特定的资讯至电脑30，电脑30可储存并分析所收到的特定资讯并产生新的数据。

以下详述形成遥控系统的组件。

无人船

图2系部份截面的船只侧视图，而图3系船只的平面图。

无人船10系包含一推进力源11，一电源12，一操控器13，一第一传送-接收天线14，一第一控制器(控制电路)15，一GPS天线16，一记忆装置17，一侦测装置18与一把手19。

推进力源11包括一螺旋浆111，一可传送转动力至螺旋浆111的马达113，以及一螺旋浆盖115。螺旋浆111系设在具有齿轮117的转动轴。马达113并设在具有另一齿轮118的转轴。齿轮117与齿轮118彼此咬合，如此马达113的转动力可传送至螺旋浆111。当螺旋浆111转动时，水乃被向后推而无人船10即产生一向前的推动力。

马达113系连接至电源12，且依从遥控器20的操作讯号被供给了一适当的电力。通常，电源12的电流系被定向地供应至马达113。然而，借着引起此电流供应于反方向，乃可以使马达113反向转动，且引起螺旋浆111于不同方向转动。结果，无人船10即可后退。

螺旋浆111系设在推进器上而有一螺旋浆盖115，由于螺旋浆盖115的设置，螺旋浆111即不会由于悬浮的海藻与废物而被纏住。

电源12供应电力至无人船10的不同组件，除了上述的马达113，电力的供应系利用第一控制器15来控制。电源12的残留状况并由第一控制器15所监视。

操控器13系设置于推进力源11的后面。

操控器13设有一舵131与一马达133。舵131连接至马达133的转轴。其随着马达133转动的角度成正比地转动。因此，舵131系侧向摆动。舵131的摆动系可使得从推进力源11的螺旋浆111的水流方向改变，并改变无人船10的前进方向。舵131可从垂直螺旋浆111的状态，侧向摆动约60度角。

马达133系连接至电源12而使得电源供应至其中以改变无人船10的前进方向。电源的供应由第一控制器15依照从遥控器20来的操作讯号来控制。第一传送-接收天线14系竖立于无人船10的上部，第一传送-接收天线14的长度乃以其可以无误地接收到从遥控器20所传送的电波且不会反而影响无人船10的平衡为宜。第一传送-接收天线14系连接至第一控制器15，且可传送在第一控制器15所接收到的电波。第一传送-接收天线14则传送第一控制器15所产生的讯号至遥控器20。

第一控制器15乃补偿地控制整个无人船10。第一控制器15连接至GPS天线16，记忆装置17与结构的侦测装置18。

GPS天线16系为一种可接收以多数的人造卫星所传送的电波。从多数人造卫星传来而被GPS天线16所接收的电波系被传送至第一控制器15。第一控制器15依据所接收到的电波执行演算而决定无人船10的目前位置。用以决定目前位置的方法与利用一般GPS系统决定位置的方法是一样的，其详细说明在此予以省略。

记忆装置17系连结至第一控制器15。记忆装置17记忆设定为无人船10的原来位置的资料。此处，″原来位置″系表示无人船10开始操作时GPS天线16与第一控制器15所决定的位置。原来位置可以设定于任何地点。原来位置即系为无人船10在自动回归时所返回的位置。无人船10的回归将详述于后。

记忆装置17不只记忆原来位置，也藉由GPS天线16与第一控制器15，记忆了到目前为止计算所得的位置，也就是，到目前为止无人船10所经过的路径。

侦测装置18系一用以测量水中与水底状态的装置。侦测装置18装设有一超音波振荡器，而可以传送一固定频率或不同频率的超音波进入水中，而接收水底所反射的波。如此，依照传送超音波返回所需的时间，其可以决定水中的物件，例如鱼群或水底的地形。声纳可以作为侦测装置18的一个具体实施例。侦测装置18，然而，侦测装置18并不需要限制为什么超音波设备，任何可监视水中的装置都可以使用作为侦测装置18。影像摄影机或CCD摄影机都可作为侦测装置18。在水中的影像可以藉由影像摄影机或CCD摄影机在自然的位置取得。当使用的影像摄影机或CCD摄影机具有望远镜的功能时，要摄取的影像可被放大与摄影机中要设定的放大比率一定。

有关侦测装置18所取得有关水中或水底的状态的观察资料系与从GPS天线所得的座标同步，且以一遥控器20所需的特定电波通过第一传送-接收天线14的媒介传送。

把手19系附设在无人船10的上部。把手19可便于使用者抓住而携带无人船10。

操控器

图4系解释操控器的立体图，图5系一方块图，解释操控器的结构，而图6为一示意图，描述在一监视器上的显示例。

遥控器20系用以在一距离之外的点操控无人船10的装置。

遥控器20，如图4与图5所示，系设有一第二传送-接收天线21，一第二控制器22，一监视器23，一操作钮24，一警报器25，一记忆器26，与一电缆27。藉由装设一分离的外天线于遥控器20，即可以将遥控器20作为一基地台并扩大传送与接收的范围。在本发明中，操控器的概念乃包括一基地台。而天线并可装设在与天线不同的位置，且应用来收集侦测器的资料。当操控器与天线系设在不同的位置，包含该两单元的基地台即符合操控器的概念。

第二传送-接收天线21传送不同的信号至无人船10以反应操作者操作遥控器20的状态。例如，第二传送-接收天线21可传送一前进无人船10的讯号以驱动推进力源11，也可传送一改变方向的讯号给无人船10，也可传送启动侦测装置18的讯号给无人船10，以侦测水中的状况。

第二控制器22系与遥控器20相结合以有效的补偿控制遥控器20的整个控制。

监视器23系装设在遥控器20的前面。监视器23，如图6的实线所示，显示了水底的地形图G与鱼群F，藉由在监视器23上的显示影像，操作者可以确认水底的波动与鱼群的位置。监视器23显示了一适当的尺度，例如，15米的水深。

而且，监视器23可显示一地图与无人船10的位置。在此情况中，操作者可藉由注视监视器23而操控无人船10，当无人船10的电量不足时，监视器23更可发出警报给操作者。

操作钮24系以按钮的形式设在遥控器20上，其可被操作者按压。全部有三种操作钮24A-24C被使用。当操作钮24A-24C被按压，乃分别发出预定的讯号至第二控制器22。

操作钮24A，当被按压时，发出一信号来启动侦测装置18；操作钮24B，当被按压时，发出一信号来启动推进力源11；而操作钮24C，当被按压时，发出一信号来控制操控器13。

例如，操作者可按压操作钮24B来前进无人船10，而按压操作钮24C来转动无人船10，而连续按压操作钮24B两次来拉回无人船10。

无人船10的操作并无需限制于操作钮24所达成的功效。无人船10也可用操纵杆来操控。

警报器25，在通过第二传送-接收天线21的媒介，而从无人船10接收此一指示电量下降而即将不足的讯号时，就会使得此讯息显示在监视器23且以其自己的声音发出警报。

记忆器26记忆从无人船10所传来的无人船10位置的座标，以及该位置的水底的地形图。储存在记忆器26中的讯息可通过电缆27的媒介被传送至电脑30。

电脑

图7系一示意图，描述所产生的水底地形的地图，而图8为一示意图，描述水底的地形状况。

电脑30接收并储存通过电缆27的媒介，利用遥控器20传送的已知位置的座标与水底等深线图的讯息。电脑30并依据所储存的资讯，补足了座标之间未储存的资讯，其因此产生了如图7所示的水底的地形图，以及图8所示的透视图且显示了水底的地形图。

图7的等深线图表示了水中的等深状况，而一大型凹沟系以参考数字R表示的。此地图也可如第8图所示，以立体状态呈现。

上述的实例描述了遥控器20与电脑30为分离组件的状态。而可选择地，电脑30的全部或部份功能也可以设于遥控器20上，但是，确定的是，电脑30并不连接于遥控器20，且遥控器20单独可以产生水底的地图并显示在电脑30的位置。

操作

以下叙述无人船10的操作。

图9系一流程图，解释船只的动作流程，而无人船10的构件的控制已描述于第一控制器15中。

无人船10系于操作者决定侦测特殊的水底情况之位置的水面上移动。无人船10的记忆装置17系引用由GPS所得的目前位置来记忆为原来位置(S1步骤)。原来位置的记忆体乃被触发，例如，利用操作者按压遥控器20的操作钮24而传送一设定讯号至无人船10。

无人船10具有在水面行进时，可配合操作者对遥控器20的操控而启动侦测装置18且使用来侦测水中的状况(S2步骤)。在此时，无人船10使得记忆装置17储存GPS自动取得的目前位置的资料，且形成截至目前为止的行进通道的讯息(S3步骤)。在此时，无人船10传送目前位置与目前位置的水中与水底资料至遥控器20(S4步骤)。

当遥控器20接收无人船10目前位置的资讯以及水底的状况时，遥控器20会传回收到的讯号。无人船10并会判断从遥控器20所发出之收到的讯号是在预定时间内(S5步骤)。

预定时间表示时间的长度，例如，一分钟即足够来判断联系是否有任何不正常。在无人船10与遥控器20之间，无人船10的目前位置的传送与接收，以及讯号的接收系于一秒钟内约执行四次。当另外考虑此频率时，延续一分钟的没有连系将会使得操作者判断此联系已有不正常的情形。当无人船10移动至电波所能到达的区域以外，或当第一传送-接收天线14断裂，或当电波的状况由于强风、大雨、浓雾而变坏时，无人船10均可能收不到确认收到的讯号。

当接收讯号并未在预定时间内被收到(S5步骤：是)，无人船10即以其无法再与遥控器20联系而开始自动的退回(S6步骤)。″自动退回″表示无人船10藉由自动操控回归到原来位置之意。在回归到原来位置的期间，无人船10参照储存在记忆装置17的资讯，流回到目前为止已经过的路径。借着流回到目前为止的路径，船只在自动退回的行程中将不会与任何障碍物碰撞。

当接收讯号在预定时间内被收到了(S5步骤：否)，无人船10即核对剩下的电源12并决定剩下的电力是否掉到一预定水平的下(S7步骤)。预定水平系可为电源最大存量的二分的一。

当电源剩下的电力少于预定水平(S7步骤：是)，无人船10即随着上述的S6步骤自动退回到原来位置。

因此，本发明的无人船10无法与遥控器20联系时，可达成利用GPS系统自动回归至原来位置的功能。在无人船10无法用遥控器20操控时，无人船10并可安全回收。

甚者，本发明的无人船10在电源12的剩余电力低于预定值时，可达成自动退回至原来位置的功能，于是，无人船10永远不会有无法回来至操作者的现象，因为剩余的电源12没有可能会完全没有。

本发明的无人船10可连续保持传送目前位置与水底状况至遥控器20的功能。在遥控器20这一边，则船只位置与水底的状况可储存起来，且地图可依照所储存的资讯形成。

上述实施模式乃意图在接收讯号未于预定时间内收到时，使得无人船10的自动退回作用可以达成。而无人船10的自动退回也可以是不连续的，即是，在退回原来位置以前，与遥控器20的联系恢复时，其回归可以停止，如此，操作者可利用遥控器20再来操控无人船10。

在上述的实施模式中，无人船10在回归行程中系随着到目前所行进的路径而退回，但是也可以使无人船10不随着到目前所行进的路径退回，而以直线路径退回原来位置的方式。当无人船10不沿着行进的路线退回时，较佳的是装设一个可以感测障碍物的感测器，藉此可自动避免与障碍物发生碰撞。当无人船10需要自动返回而电源12的剩余电力不足时，要沿着已行进的路径返回，需要使此回归动作在电源12的剩余电力不少于容量的一半时即开始。当无人船10没有可感测障碍物的感应器时，其可作成能够返回到操作者的位置，甚至于当电源12的剩余电力少于容量的一半时。

附带地，上述的实施模式已描述出使用无人船10作检测水底地形图的功能。而藉由改变此装载的侦测装置18的功能，此无人船10也可使用成决定许多不同的形态。

例如，其可使用来决定相对于地面的速度、相对于水面的速度，以及相对于潮流的速度。在此状况中，侦测装置18系装设着多数个超音波发射器。超音波发射器可连续地振荡出与直角的纵方向稍微偏而左右对称的超音波。借着接收水底反射回来的音波且比较接收到的反射波的频率与传送的超音波频率，即可由频率的不同决定相对于地面的速度，此决定系依照都卜勒(Doppler)效应的原理。藉由应用都卜勒(Doppler)效应且平均所发现的速度，计算个别相对至地面的多数超音波振荡器的真实速度，即可固定相对于地面的真实速度。又藉由排除无人船10由于波浪所引起的垂直波动，此规则可以允许精确的决定。

在决定相对于水面的速度中，相对于潮流的速度乃可利用接收漂流在水中的微生物所反射的波与不同温度海流间的介面而决定。

而且，在决定潮流的速度中，此潮流的速度可藉由利用从上述的方法所决定的相对于地面的速度，扣除相对于水面的速度而决定。

如是，不同类的无人船10的速度即可如上述的决定。

无人船10更可侦测形成水底的地形。在本案中，无人船10的侦测装置18传送一高频超音波与一低频超音波。频率较高的超音波由水底表面反射。同时，频率较低的超音波可透入水底一较高频率超音波更大的深度，然后被反射。如果地形的柔软度增力，反射频率较低超音波的水底深度即会正比率的增加，地形即可利用此种使用两种不同频率超音波的原理来侦测到。

而且，无人船10可有效的观察环境的状况。在本案中，侦测装置18可于水平方向传送超音波，然后，藉由接收反射波，其即可检测到周围所存在的障碍物。利用此原理，可自动地防止无人船10在回归的行程撞击障碍物。附带地，甚至于在相同的水平方向，借着以多数的振荡器产生时间差与感应出超音波，也可将假设的角度传给超音波并可检测水平方向的上面或下面的状况。当无人船10进入一洞穴中时，可利用传送超音波于水平方向而决定洞穴的形状。

利用水平状态可侦测的事实，无人船10即可侦测一垂直孔洞并决定该孔洞是否垂直形成。在本案中，无人船10载有重量，而会导致垂直地沉入垂直孔洞，而在步阶深度处成功地侦测到垂直孔洞的形状。当水平孔的形状显示一偏斜，无人船10即可决定此水平孔洞非垂直形成。

如上所述的观察到且决定了的不同种类的资讯乃传送至遥控器20。传送了的资讯随着利用遥控器20或电脑30予以分析并显示。

遥控无人船并不需要限制收集的资讯为从遥控器的航行讯号资讯。

在船只启动前，选择作为水底侦测区的主要点的经度与纬度要输入至预先配载于无人船10的记忆装置17。在本案中，船只可沿着储存在记忆装置17中的路径自动的行进至目的地。

无人船10传送资讯至基地时，会同步将有关前进路径的水中与水底的状况，连同GPS位置的讯息传出。无人船10并可继续其自动的行进，而同时以无人船10的记忆装置17记忆并储存侦测资讯与GPS位置资讯。

当无人船10有着记忆在其内部的侦测资讯时，甚至于在侦测资讯的数据传送会由于地形状况或障碍物的影响，于无人船10自动返回后，藉由从记忆装置17供给资讯至电脑中，侦测的资讯将可重制。此侦测的资讯可利用一记录媒体，例如，CD或DVD储存。在本案中，无人船10的记忆装置17有一记录介质，其具有记录侦测资讯的功能。电脑系可利用储存在无人船10中的资讯，精确地形成一等深线图或一测深图，如此所产生的地图可显示在显示器上。侦测的资讯，当被记录在此一记录介质，例如CD或DVD时，可做为将来的研究的用。

Claims (16)

1、一种遥控无人船，其特征在于包括：

一用来产生推进力的推进力源；

一用来自由地改变移行方向的操控器；

一用以接收从遥控器利用无线收讯器所传送的讯号的第一传送-接收天线；

一以第一传送-接收天线所接收的讯号为基础，用以控制推进力源与操控器的第一控制器；

一用以记忆要设定的起始位置的记忆器；以及

一用以接收藉由一人造卫星所传送的电波的GPS天线，而

第一控制器利用由GPS天线所接收的电波计算目前的位置，而且，在满足规定状况之下，启动推进力源与操控器的自动控制，该操控器即能够以目前位置与起始位置为基础，指向回复原来位置，且所述第一传送-接收天线连续地传送由所述第一控制器所计算的目前位置的资讯至一遥控器，且连续地接收从该遥控器传回的收到讯号，且所述第一控制器在所述第一传送-接收天线无法于一设定时间内传回已收到资讯的讯号时，再启动前述的自动控制。

2、如权利要求1所述的遥控无人船，其特征在于当所述第一传送-接收天线，在所述自动控制启动以后，可接收所述已收到资讯的讯号时，即停止该自动控制并且以所述遥控器传来的讯号为基础，重新控制。

3、如权利要求1所述的遥控无人船遥控无人船，其特征在于还包括：

一用以供应电力的电源；与

一用以检测电源剩余电力的剩余电力检测器，而

第一控制器利用由GPS天线所接收的电波计算目前的位置，而且，在满足规定状况之下，启动推进力源与操控器的自动控制，该操控器即能够以目前位置与起始位置为基础，指向回复原来位置；

且

所述第一控制器在该电源的电力低于一预定的水准时，不管从所述遥控器传来的讯号为何都会启动自动控制。

4、如权利要求1或3所述的遥控无人船，其特征在于其更包括一用以测量水中与水底状态的侦测器，其中所述第一传送-接收天线使得所述侦测器所侦测得的水中与水底的状况可利用一特定的电波传送至所述遥控器。

5、如权利要求4所述的遥控无人船，其特征在于所述侦测器更可决定相对于地面的速度、相对于潮流的速度，以及潮流的速度，侦测水底的地形，且侦测水平方向的环境状态。

6、如权利要求1或3所述的遥控无人船，其特征在于所述记忆装置，在必要时，会记忆所述第一控制器，在不同的时间点所计算的目前位置资讯；而且，所述第一控制器，在所述第一自动控制的行程，控制了所述推进力源与操控器，以通过在所述记忆装置所记忆的不同的时间点的即时位置。

7、如权利要求1或3所述的遥控无人船，其特征在于所述第一控制器，在所述自动控制的行程中，控制所述推进力源与所述操控器以利用最短的距离，返回至原来位置。

8、如权利要求1或3所述的遥控无人船，其特征在于其更包括一用以侦测水中与水底状况的侦测器，而所述记忆装置并记忆侦测器所侦测的有关水中与水底状况的资讯。

9、如权利要求8所述的遥控无人船，其特征在于所述记忆装置记录侦测资讯于一记录媒体上。

10、如权利要求1或3所述的遥控无人船，其特征在于其更包括一用以侦测水中与水底状况的侦测器，其中

所述记忆装置记忆在所选择侦测区域的重要点的经度与纬度，而

所述第一控制器控制所述推进力源与所述操控器以经过上述重要点。

11、一种用以遥控如权利要求4所述遥控无人船的遥控器，其特征在于包括：

一第二传送-接收天线，其利用无线电传送有关所述推进力源与所述操控器的操作至遥控无人船，且接收侦测器所侦测到的有关水底与水中状况的资讯，以及

一第二控制器，用以供给有关所述推进力源、所述操控器与所述侦测器的操作讯号至所述第二传送-接收天线。

12、如权利要求11所述的遥控器，其特征在于其更包括一监视器，用以依照从所述第二传送-接收天线所接收到的侦测资讯，显示水中与目前位置的状况。

13、如权利要求11所述的遥控器，其特征在于其更包括一警报器，用以在与遥控无人船的联系无法连续一段时间或当指示电源电力降低的讯号，从所述遥控无人船收到时，发出警报。

14、如权利要求11所述的遥控器，其特征在于其更包括-警报器，用以藉由一警报或一显示在荧幕的监视器，在与遥控无人船的联系无法连续一段时间且接下来与遥控无人船的联系可重新作用时，告知所述遥控无人船自动控制的停止。

15、如权利要求12所述的遥控器，其特征在于

所述第二控制器能够依照从所述第二传送-接收天线所接收到的侦测资讯，绘出水中的地图，而且，

所述监视器显示一利用所述第二控制器所形成的地图。

16、如权利要求11所述的遥控器，其特征在于其更包括一记录器，用以记录从所述第二传送-接收天线所接收到的侦测资讯于一记录介质。

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