JP2005258741A - 自律移動ロボットの誘導システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、予期しない障害物が走行路上に存在したとしても衝突することなく、目的の到達点が変更されても迅速に対応して変更された到達点へ誘導でき、自律移動ロボットが走行する走行路が絶えず変更される倉庫内であったとしてもスムーズに誘導できる自律移動ロボットの誘導システムを提供することを目的とするものである。
【解決手段】 本発明は、屋内空間内を移動する自律移動ロボットを任意の出発点より任意の到達点へ誘導する自律移動ロボットの誘導システムであり、誘導システムは電源部と誘導装置と自律移動ロボットとを有し、装置側送受信手段は自装置受信範囲送信手段と要請信号受信手段と要請応答信号送信手段とを備え、ロボット側送受信手段は受信範囲送信信号受信手段と要請信号送信手段と指示信号受信手段と到達点移動手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自律移動ロボットの誘導システムに関するものである。

従来の自律ロボットは、例えば、自分の車輪と連動するエンコーダやジャイロなどのセンサーを用いて自分の位置を計測して走行するものが一般に知られている。

また、従来、超音波を用いた自律移動ロボットの誘導装置に関する発明が、特開平８−５４９２６号公報に示されている様に、一般に知られている。

この従来発明では、所定の平面領域内における複数箇所の隅部で超音波信号の送波装置が設置され、該送波された超音波信号を自律移動ロボットが受信し、その信号に搭載されたコースに沿っていくように構成される。図１０はこの従来の誘導装置を説明する一例である。

特開平８−５４９２６号公報

しかしながら、このような従来の誘導装置では、図１１のように予期しない障害物７４が走行路上に存在したとき、該障害物７４に自律移動ロボット７１が衝突することがあり、その場合には障害物７４への衝突により誘導に誤差が生じて正確に誘導出来ないとの課題があった。

また、従来の誘導装置では、誘導すべき走行コースを予め設定しておかなければならず、もし目的の到達点が変更されると、予め設定された誘導すべき走行コースも変更しなければならない。

さらに、前述の超音波による誘導装置では、特に広範囲の平面領域内でしか使用できないので、壁で仕切られている箇所などでは、超音波信号の送受信操作が遮られてしまいスムーズに誘導しえないとの課題があった。

かくして、本発明は前記従来の課題を解決するために創案されたものであり、予期しない障害物が走行路上に存在したとしても、該障害物に自律移動ロボットが衝突することなく、もって障害物への衝突により誘導に誤差が生じて正確に誘導出来ないこともなく、また、誘導すべき走行コースを予め設定しておく必要がないため、目的の到達点が変更されても、迅速に対応して変更された到達点へ誘導でき、さらに、広範囲の平面領域内での使用に全く限定され、壁で仕切られている箇所あるいは積み荷の出し入れが頻繁で自律移動ロボットが走行する走行路が絶えず変更される倉庫内であったとしてもスムーズに誘導できる自律移動ロボットの誘導システムを提供することを目的とするものである。

本発明による自律移動ロボットの誘導システムは、
屋内空間内を移動する自律移動ロボット１１を任意の出発点Ａより任意の到達点Ｂへ誘導する自律移動ロボットの誘導システムであり、
前記誘導システムは、電源部１８と、信号を送受信する装置側送受信手段１とを備えて屋内天井の任意位置に着脱自在に取り付けられた複数の誘導装置１２と、
前記複数の誘導装置１２と信号の送受信を行うロボット側送受信手段２が設けられた自律移動ロボット１１と、を有し、
前記装置側送受信手段１は、自装置の信号受信範囲を知らせる信号を自律移動ロボット１１に向けて送信する自装置受信範囲送信手段３と、
前記自律移動ロボット１１が前記誘導装置１２の信号受信範囲内に進入したとき、自律移動ロボット１１からの要請信号を受信する要請信号受信手段５と、
前記受信した要請信号５を分析し、該要請に応えた指示信号を自律移動ロボット１１へ送信する要請応答信号送信手段７と、
を備え、
ロボット側送受信手段２は、
前記自装置受信範囲送信手段３からの信号を受信して当該誘導装置１２の信号受信範囲内まで移動しうる受信範囲送信信号受信手段４と、
受信範囲送信信号を受信して信号受信範囲内に進入したときに、到達点情報を含む各要請信号を誘導装置１２へ送信する要請信号送信手段６と、
前記要請信号受信手段５により受信され、分析された要請応答信号送信手段７からの指示信号を受信する指示信号受信手段８と、
前記指示信号の指示に従い到達点へ移動する到達点移動手段９と、
を有することを特徴し、
または、
屋内空間で移動する自律移動ロボット１１を任意の出発点より任意の到達点へ誘導する自律移動ロボット１１の誘導システムであり、
前記誘導システムは、電源部１８と、信号を送受信する装置側送受信手段１とを備えて屋内天井の任意位置に着脱自在に取り付けられた複数の誘導装置１２と、
前記複数の誘導装置１２と信号の送受信を行うロボット側送受信手段２が設けられた自律移動ロボット１１と、を有し、
前記誘導装置１２には、略円盤状をなす本体と、該本体に設けられ、斜め下方に向かって信号を送信する自装置受信範囲送信手段３と、本体中央に設けられ、下側に向かって信号を送受信する送受信手段と、を備え、
前記自律移動ロボット１１には、信号を前方斜め方上方に向けて送受信する送受信部と、上方に向けて送受信する送受信部と、
を備えて構成されたことを特徴とし、
または、
前記信号には、超音波信号、赤外線を利用した信号あるいは映像信号が含まれることを特徴とするものである。

本発明の自律移動ロボットの誘導システムによれば、予期しない障害物が走行路上に存在したとしても、該障害物に自律移動ロボットが衝突することなく、もって障害物への衝突により誘導に誤差が生じて正確に誘導出来ないこともなく、また、誘導すべき走行コースを予め設定しておく必要がないため、目的の到達点が変更されても、迅速に対応して変更された到達点へ誘導でき、さらに、広範囲の平面領域内での使用に全く限定され、壁で仕切られている箇所あるいは積み荷の出し入れが頻繁で自律移動ロボットが走行する走行路が絶えず変更される倉庫内であったとしてもスムーズに誘導できるとの優れた効果を奏する。

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。

本発明による自律移動ロボットの誘導システムは、自律移動ロボット１１が、特に壁や間仕切り１３等で仕切られ、直線的な廊下１４ではなく折れ曲がった廊下１５等での屋内空間（図７参照）を移動し、任意の出発点Ａより任意の到達点Ｂへスムーズに到達するよう誘導しうる自律移動ロボット１１の誘導システムとして構成される。
しかして、該誘導システムは、配線工事を必要とせず、屋内空間内の天井面２０への取り付け、取り外しが自在に簡単に出来るよう構成された複数の誘導装置１２と、この複数の誘導装置１２と信号の送受信を行う自律移動ロボット１１に搭載されたロボット側送受信部１５とを含んで構成されている。

さらに、自律移動ロボット１１には前記のロボット側送受信部１５のほかにＣＰＵなどの制御部１６、メモリあるいはハードディスクなどの記憶部１７、バッテリーなどの電源部１８、車輪などの走行部２３及び前記制御部によって制御される方向決定部２４などが備えられて構成されている。

また、誘導装置１２は、略円盤状をなす本体部１９の内部に設けられた電源部１８、信号を送受信する装置側送受信部２７、マイコン等の制御部１６及びメモリなどの記憶部１７などを備えて構成され、前記のように、屋内天井面２０の任意位置に簡単に着脱自在に取り付け、取り外しが出来るように構成されている。

誘導装置１２の形状は図から理解されるように、略円盤状の形状をなしており、またその内部に設けられる電源部１８には乾電池、充電池等の交換式のものが使用でき、電源のための配線を必要としない様になっている。

尚、本体部１９の略円盤状をなす形状については何らその形状に限定されるものではなく、迅速に着脱できる独立したユニットタイプのものであればよい。

本発明によれば、自律移動ロボット１１は、自己が現在位置しているときのその位置情報及び周囲の環境情報並びに到達点までの走行コースを予め所有していなくとも、また予めそれらを認識していなくとも、屋内廊下上の天井面２０に設置した、一見すると道路標識のような意味合いを有する複数の誘導装置１２を利用し、正確に到達点Ｂまでの誘導が実現できるものとしてある。

すなわち、自律移動ロボット１１が搭載している例えば超音波信号を送受信できるロボット側送受信部１５の受信機２１を利用し、該受信機２１により最も近い誘導装置１２からの超音波信号（例えば、誘導信号１：「誘導装置がこちら側にある」）を受信して（ステップ１００、ステップ１０２、ステップ２００）、その誘導装置１２の動作範囲２２に移動する（ステップ１０４、ステップ２０２）。

そして、自律移動ロボット１１が動作範囲２２内に移動したとき、例えば到達点Ｂを表示する識別信号を自律移動ロボット１１に搭載された送信機２５から誘導装置１２に送信する（ステップ１００、ステップ１０２，ステップ１０６）。

その送信信号（到達点Ｂを表示する識別信号）を前記誘導装置１２が認識した後に（ステップ２０４、ステップ１０８）、所定の時間内に、誘導装置１２は到達点Ｂの方向を知らせるための誘導信号（例えば、誘導信号４：「逆の方向へ行く」、誘導信号５：「向いている方向へ行く」、誘導信号７：「誘導装置の下方に付いたら、右折する」あるいは誘導信号８：「誘導装置の下方に付いたら、左折する」）を前記自律移動ロボット１１側に送信する（ステップ２０８）。

しかして、自律移動ロボット１１は、それら誘導信号に搭載された各種の情報を利用して（ステップ１１０）、到達点Ｂにスムーズに到達できる（ステップ１１４、ステップ２１０）。

なお、、通常の経路であっても何らかの工事や混雑時のため、自律移動ロボット１１が通行することができなくなっている場合、他の箇所に設置されている誘導装置１２を利用し、これらによる迂回路を設定し、新しい誘導路を設置することも可能である。

さらに、到達点Ｂの位置が到達点Ｃの位置に変更されても、誘導装置１２に自律移動ロボット１１側から送信して、変更された到達点Ｃの方向情報を示す識別信号を送信し、誘導装置１２側の情報を更新すれば、変更された到達点Ｃへ正確に誘導することができるのである。

その上、特別な場合では、一時通行が禁止される箇所の周辺に、この誘導装置１２を設置し、後述のような指示信号（誘導信号６：「危険なのでこちらに来ないで」）を送信することも出来る。

すると、自律移動ロボット１１はこの誘導信号を受け取った後、進行方向をすぐに変更し、他の経路を探すことになる（ステップ１１６）。

したがって、本発明では自律移動ロボット１１が地図情報を持つ必要がないので、初めてこの誘導システムを利用する場合やこの屋内空間に数回しか入らない自律移動ロボット１１であったとしてもすべて迅速に適用できることとなる。

ここで、電磁波が禁止された場所、すなわち、病院等については、前記誘導信号として超音波を使用するのがよい。

超音波は電磁波ではなく、音であるので、精密な医療設備に影響を与えないからである。 また、本発明の誘導装置１２は前述のように、すべて独立のユニットとして構成してあるので、誘導装置１２間の配線が必要なく、また、前記のように、天井面２０に対し簡単に取り付け取り外しが出来るので、図書館やオフィスなど内部の広い建物にも応用でき、さらに倉庫など積荷の配置レイアウトが著しく変化する箇所についてもスムーズに使用できる。

本発明では、超音波による簡単なパルス通信の送受信機能を使用する。

まず、この送受信のために使用する誘導信号は少なくとも以下の６個が必要となる。この６個の誘導信号によって、自律移動ロボット１１の誘導がスムーズに行える。しかして、各誘導信号の意味合いは以下の通りに決めておく。

誘導信号１：「誘導装置がこちらにある」
誘導信号２：「要請サービスが利用できる」
誘導信号３：「承認信号（ＡＣＫ信号）」
誘導信号４：「逆の方向へ行く」
誘導信号５：「向いている方向へ行く」
誘導信号６：「危険なので、こちらに来ないで」
また、例えば到達点Ｂあるいは到達点Ｃなどの到達点を表示する信号としてはパルスの組み合わせによって８箇あるいは１６箇程度作成可能であり、よって到達点を示す情報も同様の数が作成できる。
ところで、超音波は音波の反射による信号雑音を処理しにくいのはよく知られている。その結果、できるだけ、二つ以上の誘導装置１２がある程度の距離をおいて設置されることや複雑な通信手法は用いない方がよい。

また、超音波は送信の際に使われた電圧によって、伝送の距離が異なってくる。すなわち、高い箇所から送信するほど遠くまで届くので、屋内空間内で利用される誘導装置１２間の信号をお互いに干渉しないように５乃至１０メートルぐらい離し、それぞれの動作範囲２２が出来るよう設置するのが適当である。

更に、雑音を抑えるために、誘導装置１２に電圧を調整できる回路や調整用のソフトウエアーなど対策として用いてもよい。

また、本発明は、超音波の信号の代わりに通信の制御手法などが近似する赤外線を使用しても構わない。赤外線を用いることのメリットはＣＣＤカメラを搭載した既存の自律移動ロボット１１が使用できることである。なぜなら、ＣＣＤカメラは赤外線を認識することが出来るからである。

近年、ＣＣＤカメラを搭載する自律移動ロボット１１が増えてきており、赤外線を使用することで、対応できる自律移動ロボット１１の数もかなり増える。

ここで、一般のＣＣＤカメラは画像を１秒間３０回撮って処理するので、赤外線の動作周波数は最大それの半分にすれば、すなわち、１秒間１５回、赤外線とＣＣＤカメラの間の通信ができ、自律移動ロボット１１は誘導装置１２から放送する（送信する）信号の意味を理解できることになる。

換言すれば、ＣＣＤカメラを搭載する自律移動ロボット１１は誘導信号を送るためのただ一つの赤外線送信機を設ければ、あとは搭載されているＣＣＤカメラがいわゆる受信機として使用でき、今まで述べてきた誘導の手法が全て適用できることになるからである。 次に、本発明で利用するパルス通信につき説明する。
例１（超音波と赤外線に対応）
一番簡単なパルス通信はテレビのリモコンでも使用する Pulse-Width Modulation（ＰＷＭ）という手法である。かかる方式は、超音波が“ある”か“ない”という状態を検出しながら、その時間を計算する。例としては、“音波がない”という状態を1.2msを持続したら、「０」とみなす等である。本発明を使う指示信号（誘導信号）は「１」と「０」の組み合わせによって、超音波あるいは赤外線で各種誘導信号を生成し送信しうる。

特にＣＣＤカメラにも適応させるために、すなわち、赤外線のみの場合は、画像のフレームレート（通常に秒間１５回）の倍数にすれば、ＣＣＤカメラでも「１」と「０」の組み合わせが認識できる。つまり、66.7msの時間点灯あるいは消灯をし続けることで、ＣＣＤカメラ側は信号の処理ができることとなる。

前記したように、誘導装置１２が到達点Ｂの方向を示す誘導信号４と誘導信号５を送ると、自律移動ロボット１１は誘導装置１２の下方に設けられた動作範囲２２を出て任意の方向に走行する。

それから、前記の誘導信号の指示を受けて到達点Ｂへと進む。この到達点Ｂへ進む方向は自律移動ロボット１１が自走して進む。

すると、場合によっては自律移動ロボット１１の現在位置に対して右折あるいは左折の可能性もある。しかし、前述の誘導信号４と５は両方とも直進のみの信号でしかない。

そこで、この問題に対して、以下の３つの誘導信号も採用される。

誘導信号７：「誘導装置の下方に付いたら、右折する」
誘導信号８：「誘導装置の下方に付いたら、左折する」
誘導信号９：「回る必要があれば、この信号を聞くと、回る。」
誘導装置１２は、下方の動作範囲２２で誘導信号９を流し始める。これを利用して自律移動ロボット１１は下方の動作範囲２２でいずれの方向へ行くかを判断する。

換言すれば、自律移動ロボット１１は誘導信号９により動作範囲２２内で回転しているが、誘導信号７あるいは誘導信号８を受信した場合、その時点で右折あるいは左折をするのである。

図７に示すように、自律移動ロボット１１が出発点Ａから到達点Ｂに行く際には、まず、誘導信号１を探すために、任意の方向に行ってみようと、結局、誘導装置１２ａあるいは１２ｇの動作範囲２２に入る。

そして、誘導装置１２ａあるいは誘導装置１２ｇの下方、つまり、誘導信号２が聞こえる動作範囲２２まで進行してそこで止まる。
次に、自律移動ロボット１１は到達点Ｂの識別信号を送信機２５で上方の誘導装置１２に送って誘導信号３を待つ。

誘導装置１２は下方の受信機２１で受信し、誘導信号３である承認信号を送信機２５で下方の自律移動ロボット１１に送信してから、到達点Ｂの方向を含む誘導信号（到達点情報）を放送する。

ここで、自律移動ロボット１１が任意の方向に少し移して自己の受信機２１で受け取れるまで約１〜２分間前記信号の放送を続けることになる。

そして、自律移動ロボット１１は到達点Ｂの方向へ進行する。

尚、図７に示すように、誘導装置１２による走行コースはいくつも存する。例えば、誘導装置１２ａ、１２ｄ、１２ｆを経由して、到達点Ｂに到着してもいいし、１２ｇ、１２ｅ、１２ｆを経由して到達することも出来る。

図７から理解されるように複数の誘導装置１２は廊下１４上に存する自律移動ロボット１１用走行路の交差部あるいは折曲部あるいは２箇所、３箇所に分かれる分岐箇所の真上天井面２０に設置される。
そして、該誘導装置１２は簡単に前記の天井面２０から取り外すこと及び取り付けることが出来る。

従って、例えば倉庫内の積荷などは頻繁に搬入、搬出され、その内部の走行路も頻繁に変更される。そのような場合に本発明の誘導システムが効果を発揮する。すなわち、上記複数の誘導装置１２の天井面２０への取り付け位置を変更し、もって新しい誘導走行路を迅速に確保するのである。これにより、自律移動ロボット１１の誘導がスムーズに行える。

次に、例えば、超音波による信号の生成について説明する。

利用される超音波は４０ｋＨｚの周波数を中心にしてパルスによる信号として伝送する。そして、この周波数が利用できる任意の超音波送信機２５と受信機２１を使用する。

また、信号の生成はデジタル信号の生成原理と同じであり、信号の電圧が高くなると、デジタル信号の「１」を示す。逆に、信号の電圧は低くなると、「０」を示す。この「０」と「１」の組み合わせによって、誘導信号や識別信号の生成ができる。

しかし、前述のように、超音波の反射による雑音が多いため、信号を処理しにくいとの課題もある。よって、できるだけ、「０」と「１」の組み合わせを短くし、信号放送の間の遅延時間も長く置くとよい。また、信号は８ビットのものと当該信号間の遅延距離は１００ｍｓのものを選ぶとよい。

また、本発明による誘導システムについては、応用できる場所が病院に限らず多数考えられる。

応用例１−自動化倉庫
ＡＧＶ(Automated Guided Vehicles)による自動化倉庫で運搬用の自律移動ロボットは自律的に二つ以上の場所の間で走ったり、貨物を運んだりする。従来の方式では、軌道を構築することや自律移動ロボットを追跡させるための白線を引くことなどの方式で行っていた。

しかし、指定された場所の変更に対しては、軌道や白線を簡単に変えるわけにはいかない。この場合、本発明を使用することで、到達点をいかように変えても正確に到達点へ誘導できる。

また、自律移動ロボット１１の専用道路を構築する必要もないので、倉庫内部の積荷の配列を自由に変えられる。

応用例２−車椅子と案内
病院の中で、患者を移動させるための車椅子はよく見られる。この車椅子と本発明の誘導システムをあわせることで、病院内のトイレや特定の部屋や地域へ行くとき、便利に到達点まで到達できる。

この応用例は、病院や車椅子に限らない、他の場所や他の乗り物に応用してもかまわない。

応用例３−病院
病院の中で、Ｘ線フィルム、検体、薬などを人に替わって運搬する自律自律移動ロボット１１や自動配膳車の利用が増えてきている。このような運搬用の自律移動ロボット１１に対して、複雑な制御システムの必要がないので、本発明を充分応用することが出来る。

応用例４−オフィスビル、図書館
オフィスビルや図書館など多層建築の中で、各層の配列がよく変わる。しかも工事なども頻繁にある。従って、本発明の誘導システムを使用することで、自律移動ロボット１１は各層の環境地図を持たなくても、誘導装置１２の指示によってこのような変換しやすい環境の中で自由に走行し、決められた到達点へ到達することができる。

更に、迂回路や一時通過禁止の設置も可能であるので、各層のエレベータや出入口に誘導装置１２を置いて、自律移動ロボット１１の誘導システムを運用することも出来る。

本発明による自律移動ロボットの誘導システムの構成を説明する説明図である。 自律移動ロボットの構成を説明する構成説明図である（その１）。 誘導装置の構成を説明する構成説明図（その１）である。 自律移動ロボットの構成を説明する構成説明図である（その２）。 誘導装置の構成を説明する構成説明図（その２）である。 本発明による自律移動ロボットの誘導システムの使用状態を説明する説明図（その１）である。 本発明による自律移動ロボットの誘導システムの使用状態を説明する説明図（その２）である。 本発明による自律移動ロボットの動作を説明するフローチャートである。 本発明による誘導装置の動作を説明するフローチャートである。 従来例の構成説明図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

１ 装置側送信手段
２ ロボット側送信手段
３ 自装置受信範囲送信手段
４ 受信範囲送信信号受信手段
５ 要請信号受信手段
６ 要請信号送信手段
７ 要請応答信号送信手段
８ 指示信号受信手段
９ 到着点移動手段
１１ 自律移動ロボット
１２ 誘導装置
１３ 壁や間仕切り
１４ 廊下
１５ ロボット側送受信部
１６ 制御部
１７ 記憶部
１８ 電源部
１９ 本体部
２０ 天井面
２１ 受信機
２２ 動作範囲
２３ 走行部
２４ 方向決定部
２５ 送信部
２７ 装置側送受信部
Ａ 出発点
Ｂ 到達点

Claims (3)

1. 屋内空間内を移動する自律移動ロボットを任意の出発点より任意の到達点へ誘導する自律移動ロボットの誘導システムであり、
   前記誘導システムは、電源部と、信号を送受信する装置側送受信手段とを備えて屋内天井の任意位置に着脱自在に取り付けられた複数の誘導装置と、
   前記複数の誘導装置と信号の送受信を行うロボット側送受信手段が設けられた自律移動ロボットと、を有し、
   前記装置側送受信手段は、自装置の信号受信範囲を知らせる信号を自律移動ロボットに向けて送信する自装置受信範囲送信手段と、
   前記自律移動ロボットが前記誘導装置の信号受信範囲内に進入したとき、自律移動ロボットからの要請信号を受信する要請信号受信手段と、
   前記受信した要請信号を分析し、該要請に応えた指示信号を自律移動ロボットへ送信する要請応答信号送信手段と、
   を備え、
   ロボット側送受信手段は、
   前記自装置受信範囲送信手段からの信号を受信して当該誘導装置の信号受信範囲内まで移動しうる受信範囲送信信号受信手段と、
   受信範囲送信信号を受信して信号受信範囲内に進入したときに、到達点情報を含む各要請信号を誘導装置へ送信する要請信号送信手段と、
   前記要請信号受信手段により受信され、分析された要請応答信号送信手段からの指示信号を受信する指示信号受信手段と、
   前記指示信号の指示に従い到達点へ移動する到達点移動手段と、
   を有することを特徴とする自律移動ロボットの誘導システム。
   
2. 屋内空間で移動する自律移動ロボットを任意の出発点より任意の到達点へ誘導する自律移動ロボットの誘導システムであり、
   前記誘導システムは、電源部と、信号を送受信する装置側送受信手段とを備えて屋内天井の任意位置に着脱自在に取り付けられた複数の誘導装置と、
   前記複数の誘導装置と信号の送受信を行うロボット側送受信手段が設けられた自律移動ロボットと、を有し、
   前記誘導装置には、略円盤状をなす本体と、該本体に設けられ、斜め下方に向かって信号を送信する自装置受信範囲送信手段と、本体中央に設けられ、下側に向かって信号を送受信する送受信手段と、を備え、
   前記自律移動ロボットには、信号を前方斜め方上方に向けて送受信する送受信部と、上方に向けて送受信する送受信部と、
   を備えて構成されたことを特徴とする自律移動ロボットの誘導システム。
   
3. 前記信号には、超音波信号、赤外線を利用した信号あるいは映像信号が含まれることを特徴とする請求項１または請求項２記載の自律移動ロボットの誘導システム。

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