JP7387011B2 - 作業機械の制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、作業機械の周囲で作業を行う作業者が安心して作業機械に接近するための作業機械の制御システムに関する。
作業者が作業機械と接触することを防ぐため、作業者の接近を検知して作業機械を強制的に停止するシステムが知られている。例えば、電磁波やステレオカメラにより障害物までの距離を検知する方法やカメラの画像解析から移動体を検知する方法により、障害物を検知し、検知した情報に基づいて作業機を制御し、作業機を減速ないし停止を行うことで作業者と作業機械が接触することを防ぐことが可能となる。しかし、障害物を検知する方法では環境によっては障害物を検知できない場合があり、事故を完全に防ぐことは困難である。そこで、確実に作業者の存在を知らせる方法として、作業者自身が所持する端末から情報を発信し、その情報に基づいて制御を行う方法が知られている。特許文献1に記載のシステムによれば、作業現場に侵入する侵入者に備えられた通信機から侵入者の識別情報が送信され、侵入者の識別情報および信号強度から算出した作業機械と侵入者の距離に応じて作業機械をロックさせることができ、安全管理を確実に実行することができる。
特開2017-82430号公報
上記の従来技術においては、識別情報および作業機械と侵入者の距離によってのみ作業機械をロックするかしないかが判断されるため、以下の課題が生じる。侵入者が作業機械を止めて欲しいかどうかの意思は考慮されず、どこまで近づいたらロックされるかも分かりにくいため、不必要に作業機械がロックされてしまうことがある。また、作業機械の操作者が意図しないタイミングで作業機械がロックされることになるため、二次的な災害が発生してしまう可能性がある。さらには、侵入者が作業機械に近づく必要があった時に、作業機械がロックされているのかどうか、またいつロックが解除されるのかを侵入者が確実に把握することができないため、安心して作業機械に近づくことができない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、作業機械の周囲で作業を行う作業者が安心して作業機械に接近することのできる作業機械の制御システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の作業機械の制御システムは、作業部と、前記作業部を動作できないようにロックするロック機構と、ロックレバーの操作により切替可能なロックスイッチと、前記ロックスイッチから受信する信号に基づいて前記ロック機構を制御するロック制御装置と、通信装置とを有する作業機械と、前記作業機械の前記通信装置と通信可能な通信端末とを備える作業機械の制御システムであって、前記ロック制御装置は、前記通信端末から前記ロック機構をロック状態にすることを要求するロック要求信号を受信している場合、前記通信端末より前記ロック要求信号を解除するロック要求解除信号を受信するまで、前記ロックスイッチからロック解除状態を示す信号を受信しても前記ロック機構をロック状態から解除できないように前記ロック機構のロック状態を維持するように制御し、前記通信端末から前記ロック機構の前記ロック要求信号を解除する前記ロック要求解除信号を受信している場合、前記ロックスイッチからロック解除状態を示す信号を受信すると前記ロック機構をロック状態から解除できるように制御する。
本発明によれば、作業者が作業機械に接近したい時に作業機械を動かないようにロックしてもらえるように伝えることが可能で、かつ作業者は作業機械が絶対に動かないことを確認することが可能であるため、安心して作業機械に接近することができるようになる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
第1の実施の形態による作業機械の制御システムの外観を示す図。 第1の実施の形態による作業機械の制御システムの主要構成を示す図。 第1の実施の形態によるロック制御装置の制御フローを示す図。 第1の実施の形態による通信端末の制御部の制御フローを示す図。 第2の実施の形態による作業機械の制御システムの主要構成を示す図。 第2の実施の形態によるロック制御装置の制御フローを示す図。 第2の実施の形態による通信端末の制御部の制御フローを示す図。 第3の実施の形態による作業機械の制御システムの主要構成を示す図。 第3の実施の形態によるロック制御装置の制御フローを示す図。 第4の実施の形態による作業機械の制御システムの主要構成を示す図。 第4の実施の形態による通信端末の制御部の制御フローを示す図。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。各図において、同一の機能を有する部分には同一の符号を付して繰り返し説明を省略する場合がある。なお、本実施形態は、作業機械の一例として、油圧ショベルを例示して説明するが、各種作業を行う作業機、旋回動作を行う旋回体、走行動作を行う走行体を動作できないようにロック(減速ないし停止)可能かつロックを解除可能であれば、油圧ショベルに限定されず、ホイールローダやクレーン、ブルドーザ、ダンプ、道路機械といった作業機械全般に適用可能であることは勿論である。
[第1の実施の形態]
図1~図4を参照して本発明による作業機械の制御システムの第1の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態による作業機械の制御システムの外観を示す図である。
本制御システムは、作業機械1と通信端末30とを含んで構成される。作業機械1は、例えば履帯を駆動させて走行する下部走行体2と下部走行体2上に旋回可能に設けられた上部旋回体3とを備える。上部旋回体3には、掘削作業などを行うためのブーム4、アーム5、バケット6からなる作業機7が回動可能(仰動可能)に取り付けられている。また、上部旋回体3には、作業機7(のブーム4、アーム5、バケット6)などを操作する(動作させる)操作者が着座する運転席などが設置されたキャブ(運転室)8が設けられている。作業機械1は、通信ネットワーク40を介して、作業機械1の周囲で作業を行う作業者が所持する通信端末30と通信可能となっている。
図2は、本発明の第1の実施の形態による作業機械の制御システムの主要構成を示す図である。
(作業機械の構成)
作業機械1は、作業機7のブーム4、アーム5、バケット6を動作できないようにロックしたりロックを解除したりするロック装置10を備える。ロック装置10は、ロックレバー11とロックスイッチ12とロック制御装置13とロック機構14とで構成される。ロックレバー11は、例えばキャブ8内に配備され、キャブ8内の操作者により操作可能となっている。ロックレバー11はロックスイッチ12を切り替え可能に接続され、ロックスイッチ12の信号(ロックスイッチ12の状態を示す信号)はロック制御装置13に伝達される。さらにロック制御装置13は作業機7をロック(作業機7を動作不能または動作禁止にする)するためのロック機構14を駆動することができる構成となっている。操作者がロックレバー11を操作することでロックスイッチ12は切り替えられる。ロック制御装置13は、ロックスイッチ12から伝達される信号(ロックスイッチ12のロック状態、または、ロック解除状態を示す信号)に基づいてロック機構14の駆動状態を制御可能となっている。ロック制御装置13は、ロックスイッチ12からロック状態を示す信号を受信すると、ロック機構14を駆動して(言い換えれば、ロックして)ロック状態とし、ロックスイッチ12からロック解除状態を示す信号を受信すると、ロック機構14を駆動させずに(言い換えれば、解除して)ロック解除状態とすることで、ロック機構14の駆動状態、すなわち、作業機7のロックとロック解除とを切り替え可能となっている。
具体的には、例えば、作業機7が油圧アクチュエータで作動する場合には、ロック機構14は、油圧アクチュエータへの圧油の供給を阻止するか、または油圧アクチュエータへ供給される圧油を制御する制御バルブの制御信号を遮断するロック弁により構成される。
作業機械1は、通信ネットワーク40を介して外部と通信する通信装置20を備える。通信装置20は、通信制御部21と受信部22とからなる。受信部22は通信ネットワーク40を介して外部(ここでは、通信端末30の送信部33)から受信した情報を通信制御部21に送信し、通信制御部21は受信部22から受信した情報に基づきロック制御装置13へ指示(信号)を送ることが可能となっている。
(通信端末の構成)
通信端末30は、制御部31と入力装置34と送信部33と記録部35とで構成される。通信端末30は、作業者が入力装置34を介して各種情報を入力可能となっており、入力装置34からの情報を制御部31で処理を行い、処理後の情報を送信部33から通信ネットワーク40を介して通信装置20の受信部22へ通信可能となっている。また、制御部31で処理した情報を記録するための記録部35も備えている。入力装置34を介して入力され、通信端末30の送信部33から通信ネットワーク40を介して通信装置20の受信部22へ送信(入力)される情報には、ロック機構14をロックする(ロック状態にする)ことを要求するロック要求信号(以下、単にロック要求という場合がある)、ロック機構14へのロック要求を解除する(ロック要求を解除状態にする、またはロック要求を取り消す)ロック要求解除信号(以下、単にロック要求解除という場合がある)が含まれる。
前述のロック制御装置13や制御部31は、図示は省略するが、各種演算を行うCPU(Central Processing Unit)、CPUによる演算を実行するためのプログラムを格納するROM(Read Only Memory)やHDD(Hard Disk Drive)などの記憶装置、CPUがプログラムを実行する際の作業領域となるRAM(Random Access Memory)などを含むマイクロコンピュータ(マイコン)として構成されている。ロック制御装置13や制御部31の各機能は、CPUが、記憶装置に格納された各種プログラムをRAMにロードして実行することにより、実現される。
なお、この記憶装置を利用することで記録部35は省略することもできる。
(ロック制御装置の制御フロー)
図3は、本発明の第1の実施の形態によるロック制御装置の制御フローを示す図である。
ステップS101aでは(通信装置20を介して)通信端末30からロック機構14のロック要求が来ているか(受信しているか)どうかを確認する。ロック機構14のロック要求がなかった時は、ステップS103aにてロックスイッチ12の状態を確認し、ロックスイッチ12がロック状態の時は、ステップS104aにてロック機構14をロックし、ロックスイッチ12がロック状態ではない時は、ステップS104bにてロック機構14を解除する。
ステップS101aでロック機構14のロック要求があった時は(ステップS101a:Yes)、ステップS101bで(通信装置20を介して)通信端末30からロック機構14のロック要求解除が来ているか(受信しているか)どうかを確認する。ロック機構14のロック要求解除がなかった時は(換言すれば、ロック機構14のロック要求解除を受信するまでは)、ステップS103bにてロックスイッチ12の状態を確認し、ロックスイッチ12がロック状態の時は、ステップS104cにてロック機構14をロックし、ロックスイッチ12がロック状態でなかった時は、そのまま処理を終了する。
これにより、通信端末30からロック機構14のロック要求が通知されている時はロックレバー11によりロック機構14をロック状態にすることはできるが、一旦ロック機構14がロック状態になると、例えばロックレバー11によりロックスイッチ12がロック状態でなくなったとしても(ステップS103b:No)、ロック機構14をロック状態から解除することはできなくなっている。
なお、通信端末30からロック機構14のロック要求が通知されている時において、一旦ロック機構14がロック状態になると、例えばロックレバー11によりロックスイッチ12がロック状態でなくなったとしても(ステップS103b:No)、ロック機構14をロック状態から解除することはできなくなっているが、図3に示す例では、このロックスイッチ12がロック状態でない時(ステップS103b:No)のロック機構14の状態は、それ以前に設定された状態に従う(それ以前の状態を持続する)ものとなっている。すなわち、例えばロックレバー11によりロックスイッチ12がロック状態でなくなったとしても(ステップS103b:No)、それ以前に(換言すれば、前回フローにおいて)既にロック機構14が解除されている場合は解除状態を持続し、ロック機構14がロックされている場合はロック状態を持続することになる。つまり、ここでは、通信端末30からロック機構14のロック要求が通知されている時は(ロック機構14のロック要求解除を受信するまでは)作業機械1の操作者の手動操作でロック機構14をロック状態にすることはできるが、一旦ロック機構14がロック状態になると、作業機械1の操作者の手動操作ではロック機構14をロック状態から解除することはできなくなっている。
ステップS101bでロック機構14のロック要求解除があった時は(ステップS101b:Yes)、上述したステップS103a、S104a、S104bの処理を実行する。
これにより、通信端末30からロック機構14のロック要求解除が通知されると、例えばロックレバー11によりロックスイッチ12がロック状態でなくなった時は(ステップS103a:No)、ロック機構14をロック状態から解除することができる。
(通信端末の制御部の制御フロー)
図4は、本発明の第1の実施の形態による通信端末の制御部の制御フローを示す図である。
ステップS201aにて入力装置34へのロック要求操作の有無(すなわち、ロック要求の入力の有無)を確認し、ロック要求操作があった時はステップS202aにて送信部33から作業機械1(の通信装置20)にロック要求を送信する。ステップS205にて入力装置34へのロック要求解除操作の有無(すなわち、ロック要求解除の入力の有無)を確認し、ロック要求解除操作があった時はステップS206にて送信部33から作業機械1(の通信装置20)にロック要求解除を送信する。
(効果)
以上で説明したように、第1の実施の形態の作業機械の制御システムでは、作業機7と、前記作業機7を動作できないようにロックするロック機構14と、前記ロック機構14を制御するロック制御装置13と、通信装置20とを有する作業機械1と、前記作業機械1の前記通信装置20と通信可能な通信端末30とを備え、前記ロック制御装置13は、前記通信端末30から前記ロック機構14をロック状態にすることを要求するロック要求信号を受信すると前記ロック機構14をロック状態から解除できないように制御し、前記通信端末30から前記ロック機構14の前記ロック要求信号を解除するロック要求解除信号を受信すると前記ロック機構14をロック状態から解除できるように制御する。
上述した第1の実施の形態の作業機械の制御システムによれば、通信端末30からロック要求が通知されていない時はロックレバー11の動作に応じてロック機構14が動作する状態となっているのに対し、通信端末30からロック要求が通知されている時はロックレバー11によりロック機構14をロック状態にすることはできるが、ロック機構14のロック状態を解除することはできなくなっている。通信端末30からロック要求が解除されない限りは(ロック要求解除が通知されるまでは)ロック機構14のロック状態、つまり作業機7のロックを解除することができないため、作業者は安心して作業機械1に接近することが可能となる。
[第2の実施の形態]
図5~図7を参照して本発明による作業機械の制御システムの第2の実施の形態を説明する。
以下の説明では、第1の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して相違点を主に説明する。
図5は、本発明の第2の実施の形態による作業機械の制御システムの主要構成を示す図である。
(作業機械の構成)
作業機械1は、通信装置20に送信部23が設けられ、作業機械1の情報を通信ネットワーク40を介して送信可能となっている。
(通信端末側の構成)
通信端末30には受信部32と表示装置36とが設けられ、通信装置20の送信部23から送信された情報を受信部32で受信し、受信部32で受信した情報を表示装置36に表示可能となっている。
(ロック制御装置の制御フロー)
図6は、本発明の第2の実施の形態によるロック制御装置の制御フローを示す図である。
ステップS103bでロックスイッチ12がロック状態で(ステップS103b:Yes)、ステップS104cでロック機構14をロックした後、ステップS105にて通信装置20(の送信部23)を介してロック機構14のロック状態を通信端末(詳しくは、ロック要求を送信した通信端末)30(の受信部32)に通知する。
(通信端末の制御部の制御フロー)
図7は、本発明の第2の実施の形態による通信端末の制御部の制御フローを示す図である。
ステップS203にて作業機械1の通信装置20からのロック機構14のロック状態の通知を確認し、ロック機構14のロック状態の通知があった時は、ステップS204にてロック機構14のロック状態を表示装置36に表示する。
(効果)
以上で説明したように、第2の実施の形態の作業機械の制御システムでは、前記ロック制御装置13は、前記通信端末30から前記ロック要求信号を受信し、かつ前記ロック機構14がロック状態である場合に、前記通信装置20を介して前記ロック要求信号を送信した前記通信端末30にロック状態を通知するとともに、前記通信端末30は、前記ロック制御装置13から通知された情報を表示する表示装置(通知情報表示装置)36を備える。
上述した第2の実施の形態の作業機械の制御システムによれば、作業者が通信端末30からロック要求を行った後、ロック機構14がロックされたことが通信装置20を介して通知されるため、作業機械1に接近して良いかどうかを容易に判断することが可能となる。
[第3の実施の形態]
図8、図9を参照して本発明による作業機械の制御システムの第3の実施の形態を説明する。
以下の説明では、第2の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して相違点を主に説明する。
図8は、本発明の第3の実施の形態による作業機械の制御システムの主要構成を示す図である。
通信装置20の通信制御部21に表示装置24と入力装置25とが接続され、通信制御部21で受信した情報を表示装置24に表示することが可能となっているとともに、入力装置25で入力した情報を通信制御部21に入力することが可能となっている。
表示装置24と入力装置25とは、作業機械1のキャブ8などに設けられてもよいし、作業機械1の外部、例えば遠隔操作を行う際の管制室や操縦室などに設けられてもよい。また、表示装置24と入力装置25とは、別体でもよいし、一体でもよい。
(ロック制御装置の制御フロー)
図9は、本発明の第3の実施の形態によるロック制御装置の制御フローを示す図である。
ステップS101aでロック機構14のロック要求があった時(ステップS101a:Yes)、かつ、ステップS101bでロック機構14のロック要求解除がなかった時は(ステップS101b:No)、ステップS102にてロック機構14のロック要求が来ていることを通信制御部21を介して表示装置24に表示させる。また、ステップS106で入力装置25を使用して通信端末(詳しくは、ロック要求を送信した通信端末)30を指定してロック要求解除依頼操作があったかどうかを通信制御部21を介して確認する。入力装置25を使用して通信端末30を指定してロック要求解除依頼操作を行うと、ステップS107でロック要求解除依頼を通信装置20(の送信部23)から通信端末30(入力装置25で指定された通信端末30)(の受信部32)に通知する。
通信端末30の制御部31は、作業機械1の通信装置20からのロック要求解除依頼の通知を確認し、ロック要求解除依頼の通知があった時は、ロック要求解除依頼を表示装置36に表示する(図7のステップS203、S204と同様)。
(効果)
以上で説明したように、第3の実施の形態の作業機械の制御システムでは、前記通信端末30から前記ロック要求信号を受信したことを表示可能な表示装置(受信情報表示装置)24を備える。
また、第3の実施の形態の作業機械の制御システムでは、前記ロック要求信号を送信した前記通信端末30を指定する入力装置25を備えるとともに、前記入力装置25で指定された前記通信端末30に前記ロック要求信号の解除依頼を通知する機能を有する。
上述した第3の実施の形態の作業機械の制御システムによれば、通信端末30からロック要求が来たことが表示装置24に表示されるため、作業機械1の操作者は作業機械1に接近したい作業者がいることを容易に知ることができ、適切にロック機構14をロックすることができるようになる。また、作業機械1の操作者がロック要求を解除して欲しい時にロック要求解除を依頼する(ロック要求解除依頼を通知する)ことができるようになり、操作者側の都合で作業機械1を動かしたい時に適切に対応することが可能となる。
[第4の実施の形態]
図10、図11を参照して本発明による作業機械の制御システムの第4の実施の形態を説明する。
以下の説明では、第3の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して相違点を主に説明する。
図10は、本発明の第4の実施の形態による作業機械の制御システムの主要構成を示す図である。
(通信端末の構成)
通信端末30の制御部31に、指定装置37が接続され、指定装置37を使用して複数の作業機械1の中からロック機構14のロック要求を送信する作業機械1を指定可能となっている。
(通信端末の制御部の制御フロー)
図11は、本発明の第4の実施の形態による通信端末の制御部の制御フローを示す図である。
ステップS201bにてロック機構14のロック要求を送信する作業機械1を指定装置37を使用して指定したかどうかを確認する。ロック機構14のロック要求を送信する作業機械1が指定された時は、ステップS202bにて指定された作業機械1(の通信装置20)に送信部33からロック機構14のロック要求を送信するようになっている。
(効果)
以上で説明したように、第4の実施の形態の作業機械の制御システムでは、前記通信端末30は、複数の作業機械1の中から前記ロック要求信号を送信する作業機械を指定可能な指定装置37を備える。
上述した第4の実施の形態の作業機械の制御システムによれば、作業機械1が複数存在する現場において、作業者が接近したい作業機械1を指定してロック要求を送信することが可能となるため、作業者が接近したい作業機械以外の作業機械1はロックされることなく稼働を継続することが可能となる。
上述した第1~第4の実施の形態の作業機械の制御システムでは、各種作業を行う作業部としての作業機を動作できないようにロックまたはロック解除する場合について詳細に説明したが、例えば油圧アクチュエータで構成される走行モータを駆動して走行動作を行う下部走行体2、油圧アクチュエータで構成される旋回モータを駆動して旋回動作を行う上部旋回体3をロックまたはロック解除する場合にも、上述した実施の形態による作業機械の制御システムを適用可能であることは詳述するまでも無い。
上述した第1~第4の実施の形態の作業機械の制御システムでは、作業機械1に搭載することとしているが、本発明による作業機械の制御システムは作業機械1に搭載することを限定するものではない。
上述した第1~第4の実施の形態の作業機械の制御システムでは、作業機械1のロック機構14を操作者が操作することとしているが、作業機械1が自動機械や無人機械であってロック機構14の操作が制御的に行われても良い。
上述した第1~第4の実施の形態の作業機械の制御システムでは、ロック要求を作業者が送信することとしているが、別の機械やシステムから制御的にロック要求が送信されても良い。
なお、本発明は上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形形態が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、上記した実施形態のコントローラの各機能は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアで実現してもよい。また、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、コントローラ内の記憶装置の他に、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
1:作業機械
2:下部走行体(作業部)
3:上部旋回体(作業部)
4:ブーム
5:アーム
6:バケット
7:作業機(作業部)
8:キャブ
10:ロック装置
11:ロックレバー
12:ロックスイッチ
13:ロック制御装置
14:ロック機構
20:通信装置
21:通信制御部
22:受信部
23:送信部
24:表示装置(受信情報表示装置)
25:入力装置
30:通信端末
31:制御部
32:受信部
33:送信部
34:入力装置
35:記録部
36:表示装置(通知情報表示装置)
37:指定装置
40:通信ネットワーク

Claims (5)

  1. 作業部と、前記作業部を動作できないようにロックするロック機構と、ロックレバーの操作により切替可能なロックスイッチと、前記ロックスイッチから受信する信号に基づいて前記ロック機構を制御するロック制御装置と、通信装置とを有する作業機械と、
    前記作業機械の前記通信装置と通信可能な通信端末とを備える作業機械の制御システムであって、
    前記ロック制御装置は、前記通信端末から前記ロック機構をロック状態にすることを要求するロック要求信号を受信している場合、前記通信端末より前記ロック要求信号を解除するロック要求解除信号を受信するまで、前記ロックスイッチからロック解除状態を示す信号を受信しても前記ロック機構をロック状態から解除できないように前記ロック機構のロック状態を維持するように制御し、前記通信端末から前記ロック機構の前記ロック要求信号を解除する前記ロック要求解除信号を受信している場合、前記ロックスイッチからロック解除状態を示す信号を受信すると前記ロック機構をロック状態から解除できるように制御することを特徴とする作業機械の制御システム。
  2. 請求項1に記載の作業機械の制御システムにおいて、
    前記ロック制御装置は、前記通信端末から前記ロック要求信号を受信し、かつ前記ロック機構がロック状態である場合に、前記通信装置を介して前記ロック要求信号を送信した前記通信端末にロック状態を通知するとともに、
    前記通信端末は、前記ロック制御装置から通知された情報を表示する通知情報表示装置を備えることを特徴とする作業機械の制御システム。
  3. 請求項1に記載の作業機械の制御システムにおいて、
    前記作業機械は、前記通信端末から前記ロック要求信号を受信したことを表示可能な受信情報表示装置を備えることを特徴とする作業機械の制御システム。
  4. 請求項3に記載の作業機械の制御システムにおいて、
    前記制御システムは、前記ロック要求信号を送信した前記通信端末を指定する入力装置を備えるとともに、前記入力装置で指定された前記通信端末に前記ロック要求信号の解除依頼を通知する機能を有することを特徴とする作業機械の制御システム。
  5. 請求項1に記載の作業機械の制御システムにおいて、
    前記通信端末は、複数の作業機械の中から前記ロック要求信号を送信する作業機械を指定可能な指定装置を備えることを特徴とする作業機械の制御システム。
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