自主地面处理系统、车辆和方法

技术领域

本申请要求2019年7月19日提交的美国临时专利申请No.62/876,086和2018年11月28日提交的美国临时专利申请No.62/772,231的优先权和/或益处，这两个申请通过引用全部并入本文。

本发明的公开的实施例涉及自主和半自主地面处理系统和方法，包括例如适于自主检测地面(例如，草皮)损坏并且在一些实施例中自主修复这种损坏的车辆。

背景技术

草皮维护涉及用于促使在天然和合成草皮上形成均匀表面的许多种设备。例如，为了维持质量和外观，经常使用顶部敷料设备(top-dressing equipment)将颗粒施加到天然和合成草皮表面，而使用梳理装置(例如，耙子和刀片)来平整和抚平施加后的颗粒。

在实践中，在使用这种设备和程序之前，可以首先识别受损草皮表面并标记以便修复。一旦识别到，操作者通常将修复设备运输到该位置，然后手动执行(或手动操作一个或多个机器来执行)所需的修复。取决于需要修复的区域的位置和数量以及损坏的程度，这种修复程序可能是耗时的。

发明内容

本文描述的实施例可以提供一种自主地面维护系统，该系统包括：车辆，其包括由地面支撑构件支撑在地面上的底盘；由底盘支撑的容器，该容器限定有排放出口，该排放出口能用于将保持在容器内的处理材料分散到地面的目标区域；闸门，其适于选择性地打开和关闭排放出口；传感器，其适于识别目标区域；以及由底盘支撑的电子控制器。控制器与传感器和闸门通信，其中控制器适于：将底盘定位在接近目标区域的位置处，使得排放出口能够将处理材料递送到目标区域；并激励闸门以打开排放出口。

在另一实施例中，提供了一种自主草皮维护系统，该系统包括：车辆，其包括由地面支撑构件支撑在草皮表面上的底盘，其中，地面支撑构件中的一个或多个包括驱动构件，该驱动构件适于在草皮表面上推进车辆并使车辆转向；一个或多个马达，其适于为驱动构件提供动力；传感器，其适于识别草皮表面的目标区域；以及由底盘支撑的电子控制器，该控制器与传感器和一个或多个马达通信，其中控制器经由传感器适于记录目标区域的地理位置。

在又一实施例中，提供了一种操作自主草皮维护车辆的方法，该方法包括：建立作业区域，车辆将在其中操作，该作业区域包括草皮表面；将车辆运输到作业区域；自主地操作车辆穿过作业区域；利用与车辆相关联的电子控制器来控制车辆的操作；在作业区域内识别草皮表面的目标区域；以及记录目标区域的地理位置。

在再一实施例中，提供了一种操作自主草皮维护车辆的方法，该方法包括：建立作业区域，车辆将在其中操作，该作业区域包括草皮表面；以及将车辆运输到作业区域。该车辆包括：底盘，其由地面支撑构件支撑在草皮表面上，其中，地面支撑构件中的一个或多个包括驱动构件，该驱动构件适于在草皮表面上推进车辆并使车辆转向；一个或多个马达，其适于为驱动构件提供动力；以及由底盘支撑的容器，该容器包括排放出口，该排放出口能用于将保持在容器内的处理材料转移到草皮表面的目标区域；传感器，其适于识别目标区域；以及由底盘支撑的电子控制器，该控制器与传感器和一个或多个马达通信。该方法还包括：自主地推进车辆穿过作业区域；以及利用传感器自主地识别目标区域。

上述发明内容并非旨在描述每个实施例或每个实现方式。相反，通过参考以下结合附图对示例性实施例和权利要求的详细描述，对说明性实施例的更完整理解将变得显而易见和简单。

附图说明

将参考附图进一步描述示例性实施例，其中：

图1是根据本发明的公开的实施例的自主地面处理车辆，例如草皮修复车辆的示意图；

图2是图1的草皮修复车辆的另一示意图，进一步示出了用于识别和处理草皮损坏的各个方面；

图3示出了根据本发明的公开的另一实施例的草皮修复车辆；

图4示出了根据本发明的公开的再一实施例的草皮修复车辆；

图5示出了根据本发明的公开的又一实施例的草皮修复车辆；

图6示出了使用图1至图5中所示的任何一种车辆的示例性草皮修复系统；

图7是根据本发明的公开的实施例的基站的示意图，该基站形成图6的草皮修复系统的一部分；

图8示出了根据本发明的公开的另一实施例的地面处理车辆，该车辆构造为被拖拽在地面维护车辆(例如，多用途车辆)后面的草皮修复机具；

图9是用于运输一个或多个自主地面处理车辆的示例性运输车辆的后透视图，该运输车辆示出为具有处于运输位置的基座；

图10是图9的示例性运输车辆的后透视图，其中基座示出为处于部署位置；

图11是图9的运输车辆的侧视图(例如，其中基座处于运输位置)；以及

图12是图10的运输车辆的侧视图(例如，基座处于部署位置)。

这些图主要是为了清楚起见而给出的，因此不一定按比例绘制。此外，各种结构/部件，包括但不限于紧固件、电气部件(布线、电缆等)等可以被示意性地示出或者从一些或全部视图中被去除，以更好地示出所描绘的实施例的各方面，或者其中，对于理解本文所描述的各种示例性实施例而言，不是必须包括这样的结构/部件。然而，在特定附图中缺乏对这样的结构/部件的图示/描述不应该被解释为以任何方式限制各种实施例的范围。

具体实施方式

在以下对示例性实施例的详细描述中，参考了构成其一部分的附图。应理解的是，当然可以设想到本文没有描述和/或示出的其他实施例。

本文提供的所有标题都是为了方便读者，并且不应当用于限制标题后面的任何文本的含义，除非是如此规定的。此外，除非另有指出，否则说明书和权利要求中的表示数量的所有数字和表示方向/取向的所有术语(例如，竖直、水平、平行、垂直等)在任何情况下均应理解为由术语“约”修饰。术语“和/或”(如果使用的话)是指所列元件中的一个或所有，或者所列元件中的任何两个或多个的组合。又进一步，术语“即”可以被用作也就是说(拉丁文短语id est)的缩写并且是指“也就是”，而术语“例如”被用作示例性(拉丁文短语exempligratia)的缩写并且是指“例如”。

本发明的公开的实施例提供了自主地面维护车辆和系统，以及在作业区域(车辆将在该区域内自主操作)内操作(例如，自主或半自主)自主地面维护车辆和系统以帮助识别和/或修复地面的受损区域的方法。例如，车辆可以是自主草皮修复车辆，其适于检测或以其他方式识别受损草皮的区域(“目标区域”)，诸如高尔夫球场上的草皮断片(divot)或车辙(rut)，并且适于自主地将处理材料递送到目标区域。如本文所用，术语“处理材料”可以包括有机和合成草皮填充物、种子、颗粒物质(例如，沙子、土壤、粒状肥料或化学品)和液体(例如，液体肥料或化学品)中的任一种或组合。在一些实施例中，车辆可以识别和标记目标区域以用于随后的处理，而在其他实施例中，车辆可以在识别目标区域时自主地执行草皮修复操作。

虽然在此描述为机器人草皮评价/修复车辆，但是这样的构造仅是示例性的，因为在此描述的系统和方法也可以应用于其他操作的车辆，包括例如适于识别和/或修复人工场地以及土壤和铺砌(例如，混凝土、沥青)表面的车辆。

需注意的是，术语“具有”、“包括”、“包含”及其变体不具有限制性含义，并且以其开放式意义使用，以一般地表示“包括但不限于”，其中这些术语出现在所附说明书和权利要求书中。此外，“一”、“一个”、“该”、“至少一个”和“一个或多个”在本文中可互换使用。此外，诸如“左”、“右”、“前”、“前部”、“向前”、“后”、“后部”、“向后”、“顶部”、“底部”、“侧面”、“上”、“下”、“上方”、“下方”、“水平”、“竖直”等的相对术语可以在本文中被使用，并且如果使用的话，这些术语来自特定图中所示的视角，或者是当车辆100处于操作配置时(例如，当车辆100被定位成使得车轮106和108搁在大体水平的地面103上时，如图1中所示)。然而，这些术语仅用于简化描述，而不是限制对所描述的任何实施例的解释。

参考附图，其中在所有附图中相同的附图标记表示相同的部件和组件，图1示出了自主地面维护车辆(例如，机器人草皮修复车辆100)，其可以形成包括各种其他部件的地面修复系统的一部分，其中一些部件将在下面更详细地描述(为了描述的简单，车辆100在附图中示意性地示出)。

如图1所示，车辆100可以包括携带和/或包围车辆各种部件的车架或底盘102，如下所述。车辆100可以进一步包括地面支撑构件，例如一个或多个(两个)后轮106和一个或多个(两个)前轮108，其将底盘102支撑在地面(在本文中也称为草地或草皮表面)103上。

车辆100可以包括由底盘支撑并适于保持一定体积处理材料109的容器110(图1中未示出，但参见图2)。例如，容器可以被构造为适于保持一定体积颗粒物质的料斗，如图所示。颗粒物质可以是散放的颗粒，或者可以被构造成容纳材料109的多个包裹107，或者是两者的组合。包裹107可以是有益的，因为它们可以更容易地转移到容器110，并且如下面进一步描述的，可以在分散到目标区域之前被切开。容器110还可限定有或包括排放出口111，其能用于将保持在容器110内的材料109分散、转移或以其他方式分配到地面103的目标区域201。排放出口111可以经由可通过闸门致动器112移动的闸门126来选择性地打开和关闭。

后轮106中的一个或两个可以形成适于将车辆100在地面103上推进并转向的驱动构件。在一些实施例中，前轮108可以相对于底盘102(例如，围绕竖直轴线)自由地旋转。在这样的构造中，可以借助两个后轮106的差动旋转，以类似于常规零转弯半径(ZTR)的乘坐式车辆的方式，来控制车辆的方向(注意，虽然在图1中仅右轮106和108可见，但车辆100可以包括相应的左轮106和108)。也就是说，可以提供单独的马达104(其可以各自与由底盘102支撑的控制器120通信)以分别为左后轮和右后轮106中的每一个提供动力，使得可以独立地控制每个后轮的速度和方向。在其他实施例中，驱动轮可以由单个马达(例如，通过常规变速器或驱动桥(transaxle))提供动力。另外地或作为替代方案，前轮108可以是可主动转向的(例如，使用一个或多个转向马达105)以帮助控制车辆100的方向，和/或可以是被驱动的(即，以提供前轮或全轮驱动车辆)。在再一些其他实施例中，所有四个车轮可以是可常规转向的。这样的构造可以允许车辆100的大致全向移动，从而准许其除了常规和/或差动驱动的转弯之外还沿任何方向平移。

虽然在此描述为四轮、后轮或全轮驱动车辆，但是这样的构造不是限制性的。例如，车辆可以是三轮构造，其中两个驱动轮(位于前部或后部)用于差动地使车辆转向，和/或一个或多个车轮用于常规地使车辆转向。

当一个或多个马达104被激励时，车辆100可以在地面上103上被推进和转向。也就是说，控制器120可以使车辆100自主地推进或运输穿过作业区域到达接近目标区域201的位置，使得排放出口111能够将处理材料109递送到目标区域。控制器120然后可以激励闸门(致动器112)以打开排放出口，如下所述。

示例性车辆100可以进一步包括动力源，在一个实施例中，动力源是具有基于锂的化学组成(例如，锂离子)的电池114。在不脱离本发明的公开的范围的情况下，其他实施例可以利用其他化学组成的电池，或者完全利用其他动力源技术(例如，太阳能、燃料电池、内燃机)。

车辆100可以进一步包括适于提供位置数据的一个或多个传感器。例如，一些实施例可以包括定位系统(例如，全球定位系统(GPS)接收器116和/或可以提供类似数据的其他定位系统)，该定位系统适于估计车辆100的位置并将这样的信息提供给控制器120。作为将这样的信息提供给控制器120的实例，车轮106、108中的一个或多个(例如，两个后轮106)可以包括编码器118，编码器118提供可用于估计在给定作业区域内的车辆位置(例如，基于初始起始位置)的轮旋转/速度信息。现在已知或以后开发的其他传感器(例如，航位推算(dead reckoning)、机器视觉、红外检测、信标三角测量(beacon triangulation)、无线电检测和测距(雷达)、光检测和测距(雷达)等)也可以被包含到车辆100中。在又一些其他实施例中，车辆100可以进一步包括传感器115，传感器115适于当使用边界线限定作业区域的边界或限定通向作业区域的路径时检测边界线。

如图1所示，车辆100还可以包括适于监测和控制各种车辆功能的电子控制器120。示例性控制器120可以包括处理器122，处理器122接收各种输入并执行存储在存储器124中的一个或多个计算机程序或应用。存储器124可以包括计算机可读指令或应用，当例如由处理器122执行时，该计算机可读指令或应用使控制器120执行各种计算和/或发出命令。也就是说，处理器122和存储器124可以一起限定可操作用于处理输入数据并生成输出到一个或多个部件/装置的期望输出的计算设备。例如，控制器可以可操作地连接到定位系统，使得处理器122可以从GPS接收器116和/或编码器118接收包括位置数据的各种输入数据(或其他位置数据)，并且对一个或多个马达104生成速度和转向角度命令，以使驱动轮106旋转(以相同或不同的速度以及沿相同或不同的方向)。换言之，控制器120可以控制车辆100的转向角度和地面速度(速度和方向)，以及处理材料109的递送，如下文进一步描述。

鉴于以上内容，将显而易见的是，控制器120的功能可以以本领域技术人员已知的任何方式来实现。例如，存储器124可以包括任何易失性、非易失性、磁、光和/或电性的介质，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存和/或任何其他数字介质。虽然示出为存储器124和处理器122都被包含到控制器120中，但是两者可以被包含在单独的模块中。

处理器122可以包括以下各项中的任何一种或多种：微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或等效的离散或集成逻辑电路。在一些实施例中，处理器122可以包括多个部件，诸如一个或多个微处理器、一个或多个控制器、一个或多个DSP、一个或多个ASIC和/或一个或多个FPGA以及其他离散或集成逻辑电路的任何组合。本文中属于控制器120/处理器122的功能可以实现为软件、固件、硬件或它们的任何组合。

在图1(以及图2)中，整体示出了在诸如控制器120、电池114、一个或多个马达104、闸门致动器112(下面描述)、可选的边界线传感器115、无线电部117(其可以与例如远程计算机119(诸如移动装置/电话)、台式计算机、本地或基于“云”(因特网连接的)服务器通信)和GPS接收器116等部件之间的示意性连接。该互连仅是示例性的，因为车辆100的各种子系统可以借助总线架构(例如，控制器局域网(CAN)总线、以太网等)或借助准许数据和/或动力在车辆的各种部件之间传递的任何其他连接构造以几乎任何方式(例如，彼此之间直接地，无线地)连接。

图2中示出的示例性车辆100中，去除了上述各种结构，以更好地示出容器110和材料递送部件的各个方面。如该视图中所示，容器110(本文中也称为“料斗”)可以由底盘102支撑。料斗110适于在其中接收和存储处理材料109。如上所述，料斗110可以保持几乎任何构造的处理材料109，包括粒状、液体和包裹(例如，参见包裹107)的形式。为了简化料斗装载，料斗110可以包括敞开的顶部，如图所示。在处理材料109被放入料斗110中之后，可以可选地使用盖(未示出)封闭敞开的顶部，以例如保持料斗内容物干燥。

排放出口111与料斗110连通，并且适于将其中容纳的处理材料109分散或分配到目标区域201。为了控制离开料斗110的材料109的体积，可以提供闸门126。如本文所用，“闸门”可以指准许停止和开启材料从出口的流动的任何装置。例如，闸门可以被构造为在闸门致动器112的控制下打开和关闭的简单的门。通常，闸门126在车辆运输期间将保持关闭，但在草皮修复操作期间被打开(完全或部分)。如同车辆100的其他控制部件一样，闸门126(致动器112)可以与控制器120通信，使得基于由控制器识别的其他参数，闸门可以被打开和关闭以向目标区域201提供一定体积的处理材料109。

虽然在图2中示出为草皮断片(为了说明目的而放大)，但是术语“目标区域”可以指与周围草皮相比受损或以其他方式受破坏的任何草皮区域(或非草皮应用中的其他表面区域)。例如，目标区域可以包括但不限于枯草、患病区域、杂草、草皮断片、车辙、以及表现出可能导致疾病的条件(例如，植物组织的灼烧、萎蔫、坏死，或者生物或非生物胁迫的其他指示)的几乎任何其他区域。

通常，根据本发明的公开的实施例的系统能够：检测目标区域；表征目标区域(例如，确定其大小)；任选地将适当体积的处理材料分配到目标区域中；和任选地抚平目标区域上的处理材料。

目标区域的自主识别可以由一个或多个地面分析传感器(本文中统称为传感器128)来提供。例如，图像传感器128-1可以由底盘支撑(例如，如图2所示，在底盘的前端附近)。虽然被示出为车辆100的一部分，但是传感器128-1可以远离底盘102，例如，与诸如割草机(lawn mower)等另一基于地面的车辆300(手动地或自主地操作)相关联。作为替代方案，远程传感器128-1可以放置在一个或多个固定位置处，例如放置在作业区域中或作业区域周围的杆302上，或者可以附接到飞行器(aerial vehicle)304，诸如无人机、卫星、固定翼或旋转翼的航空器、飞艇(blimp)等。

可以与控制器120(直接或间接)通信的传感器128-1可以使用数据(例如，图像)分析来识别目标区域。例如，传感器128-1可以是具有适当传感器的相机，其在观看作业区域时捕获目标区域与周围地面之间的颜色、对比度和/或反射率的差异。也就是，由于目标区域201可以呈现为与周围草皮区域相比具有不同对比度、颜色和/或反射率的区域，所以传感器128-1借助图像/数据分析程序(例如，由控制器120执行，或者由与包括远程计算机和服务器上所运行的算法的传感器相关联的另一控制器/处理器执行)能够识别目标区域并将相应的位置中继给控制器120。

传感器128-1可以是适于在草皮的其他健康区域之中识别或“看到”(使用数据处理技术)目标区域的几乎任何光谱(例如，单或多)反射率测量传感器(例如，通用数字相机或甚至能够进行多个单点反射率测量的装置)。例如，多光谱传感器通常包括能够测量跨越一个或多个频带电磁光谱的反射光的多通道检测器。由于检测器的每个通道被限制为仅在其特定波长带内检测反射，因此可以获得捕获作业区域的亮度和颜色信息的数据(其也可以是图像或单点数据测量的集合)，其中目标区域(土壤和/或受破坏的草皮)可以不同地出现。因此，传感器128-1可以提供与归一化差值植被指数(NDVI)类似的数据。再一次，一旦目标区域被识别，它们的坐标就可以最终被中继给控制器120。

再次，虽然以上实例被描述为多光谱传感器，但是也可以利用单光谱带传感器而不脱离本发明的公开的范围。也就是说，检测和分析单光谱带内的反射率可能足以识别草皮表面内的目标区域。

在一些实施例中，传感器128-1可以是在400纳米至700纳米(nm)波长范围内捕获图像的数码相机。也可以结合使用在700nm至1100nm波长范围内的红外或近红外检测的图像捕获，而可以使用甚至更长的波长来提供温度信息。实际上，在本发明的公开的范围内考虑从紫外到近红外的几乎任何波长(或波长范围)。不管所利用的具体传感器如何，本发明的公开的实施例可以捕获数据(例如，图像)并基于差异(例如，颜色、对比度、反射率)来评价那些数据(使用数据/成像处理技术)以检测目标区域。虽然被描述为单个传感器，但是传感器128-1可以利用多于一个检测器(“立体”检测)来例如也估计目标区域大小/体积。

在又再一些其他实施例中，传感器128-1可以被构造为适于检测作业区域的表面温度的热传感器。由于裸露的土壤和干旱胁迫的草皮因草皮蒸腾(turf transpiration)而通常比周围的草皮更热，所以热传感器可以很好地适于识别目标区域。类似地，与土壤相比，草皮通常具有不同的声衰减特性。因此，作为替代方案，传感器128-1可以被构造为声传感器。在再一些其他实施例中，传感器128-1可以被构造为另一电磁传感器，诸如无线电探测和测距(雷达)装置。由于草皮可能呈现与土壤不同的电磁衰减，因此雷达也可以用于目标区域的识别。

虽然传感器128-1在本文中被描述为非接触式传感器，但是其他实施例可以借助与地面103的机械交互来识别目标区域201。例如，如图2所示，车辆100可以包括深度传感器128-2。深度传感器可以包括由底盘102枢转地支撑的臂131。如图所示，旋转轮132可以被支撑在臂的远端，其中，轮132在车辆移动期间滚动经过地面103。由于轮132可以在操作期间跟随地形，所以当遇到草皮断片或凹部(例如，目标区域201)时，轮132会落入草皮断片或凹部中。当车轮132落入时，臂131的角度变化(例如，相对于底盘102)可以由传感器128-2检测到并且给控制器120提供信号，其中该信号对应于目标区域201的深度。然后，控制器120可以基于所感测的深度计算针对目标区域计量的处理材料的体积。在一些实施例中，可以横跨车辆100的前部横向地提供若干轮132和相应的臂131。通过提供这样的多个传感器128-2，可以生成目标区域201的三维地图。在其他实施例中，可以由其他构造的传感器来估计深度。例如，竖直深度探头或其他地面跟随装置是可设想的。更进一步地，可以使用激光扫描仪来估计目标区域尺寸和深度。

除了使用基于传感器的目标区域检测之外，还可以使用目标区域201的人类生成的报告。例如，高尔夫选手(或维护工人)可以识别草皮断片，并且借助在移动电话上运行的应用或借助文本消息，将目标区域的位置数据发送到远程计算机119，远程计算机119随后可以将位置数据提供给车辆100的控制器120。在再一些其他实施例中，目标检测可以借助无人机照片等发生。

一旦目标区域被识别，例如，借助本文描述的任何方法和传感器被识别，目标区域的地理位置就可以被记录在控制器120的存储器124中以用于在稍后的时间进行处理，并且该位置被无线地发送到远程计算机。当检测功能由远离车辆100的传感器提供时(例如，当检测借助车辆300、安装在杆上的传感器或基于空中的传感器来进行时)，这样的配置可以是典型的。在其他实施例中，数据可以通过有线连接(例如，当车辆返回到基地和停靠站时，如下所述)来发送(单向地或双向地)，或者车辆可以将数据存储在存储装置上，该存储装置可以从车辆上移除以用于后续的数据传输。在又一些其他实施例中，车辆100可以检测目标区域201并且立即对其进行处理。当使用车载传感器128-1或128-2(可以统称为和单独地称为传感器128)时，立即对目标区域201进行处理的程序可以是典型的。不管在识别之后是否立即进行处理，控制器120/传感器128均可以适于不仅记录识别的目标区域的坐标，而且将关于处理的这个和其他方面的数据或状态信息无线发送到远程计算机119(例如，高尔夫球场中央计算机、蜂窝电话、因特网站点、远程服务器等)。状态信息可以包括除了所处理的区域的坐标之外的各种数据。例如，关于所使用的处理材料的体积的数据，以及材料被分配到目标区域的日期和时间，也可以包含在所发送的信息内。

图2进一步示出了根据本发明的公开的实施例的料斗和材料递送系统。如本文别处所述，料斗110可以与形成排放出口111的排放斜槽113流体连通，排放出口111可以选择性地将容纳在料斗中的处理材料109引导到目标区域201。为了控制分散或递送到目标区域中和周围的处理材料的体积，可以在控制器120的控制下借助致动器112选择性地打开(从关闭位置移动到完全或部分打开位置)闸门126。例如，可以将闸门打开固定的时间段以充分地填充目标区域201，该固定的时间段是基于处理材料和斜槽113的各种参数而计算出的。一旦处理材料被分散，就可以再次在控制器120的控制下关闭闸门126。

因此，一旦目标区域201的位置被识别(使用上述传感器)，车辆(例如，底盘102)就可以被定位(例如，自主地或半自主地)在接近目标区域的位置处，使得排放出口111能够将处理材料109递送到目标区域。也就是说，容器的排放出口111可以在控制器120的控制下相对于目标区域(上方)被定位。在一些实施例中，斜槽113可以是固定的，而在其他实施例中，斜槽在控制器120的控制下相对于底盘102可移动(例如，可旋转)，以准许斜槽的随后的重新定位而不需要车辆的移动。这种斜槽移动也可以在分配处理材料109期间发生，以适应更大区域的覆盖，同样不需要车辆100的移动。虽然本文中示出为简单的斜槽113，但是出口可以以几乎任何合适的方式构造，例如，构造为一个或多个播种管、传送带(例如，参见图4)等。

虽然示出为位于车辆100下方，但是斜槽113可以以类似于常规基于车辆的混凝土搅拌器的方式构造。也就是，斜槽113可以位于车辆100的一侧(前侧、后侧、左侧、右侧)上，并且可以平移或摆动以准许将处理材料分布到接近车辆100的一定范围的位置。这也将准许车辆接近目标区域定位，之后斜槽可以精确地被定位在目标区域上方，而不需要过多的车辆移动。

致动器112可以形成计量系统的一部分，该计量系统可以由控制器120调节以(借助闸门126)计量经由出口111到达目标区域201的处理材料109的适当体积。例如，系统可以实时监测料斗110中的处理材料的体积，使得控制器120知道所释放的材料的速率和体积。在图2所示的实施例中，这种监测可以利用监测料斗110重量的称重传感器(load cell)134来进行。当处理材料从料斗释放时，称重传感器可以指示料斗重量的相应减少，这可以与所释放的处理材料的体积相关(通过材料的已知密度)。

在其他实施例中，闸门126可被构造为如图3所示的螺旋推运器(auger)136，其中致动器112可以是电动马达。当马达被激励时，螺旋推运器136可以旋转并且针对每次螺旋推运器旋转递送已知量的材料。虽然示出为水平定向，但螺旋推运器136也可以竖直定向，或者在几乎任何其他方向上定向，而不脱离本发明的公开的范围。当闸门被构造为螺旋推运器时，术语“打开”或其变型可用于指螺旋推运器的旋转，而术语“关闭”或其变型可用于指螺旋推运器的不旋转。

螺旋推运器136对于一些材料和环境条件可能是有利的。例如，在处理材料109颗粒倾向于结块在一起的情况下(例如，在潮湿或湿润的条件下)，螺旋推运器136可以帮助在将材料分配到目标区域201之前打碎这些结块。螺旋推运器136也可以引起一些振动，这些振动可以帮助将处理材料109拉向螺旋推运器。虽然本文中未示出，但是料斗110可以包括单独的振动元件，该振动元件有助于使处理材料109变松散，否则该处理材料109可能会粘附到料斗的壁上。

图4示出了又一计量系统，其中处理材料109也由类似于图2所示的闸门的机械闸门126释放。然而，代替经由斜槽将材料直接引导到目标区域201，闸门126可以定时或以其他方式测量材料到传送带138上的释放，传送带138由与控制器120(控制器未在图4中示出)通信的马达139(类似于一些商业顶部敷料器(top dresser))驱动。如同斜槽113一样，带138可以移动，例如上下枢转和/或左右旋转，以帮助控制处理材料的递送。

不管所使用的计量系统如何，本发明的公开的实施例可以使经由排放出口递送到目标区域201的计量量的处理材料109基于一个或多个标准化或固定体积(例如，体积A、B、C等)的处理材料。作为替代方案，可以使用一个或多个传感器(例如，图像/热/声传感器128-1和/或深度传感器128-2)来(利用控制器)计算或估计用于平整/处理目标区域201所需的体积(例如，基于目标区域的一个或多个尺寸，递送完全填充(或稍微过度填充)所识别的草皮断片的估计体积所必需的处理材料109的体积)。因此，闸门可以基于以下各项中的一者或两者来计量材料：时间；以及排放出口111的位置。在一些实施例中，系统可以提供基础体积的处理材料(例如240立方厘米(cc))，并且可以基于目标区域的估计体积提供基础体积的倍数(例如，1倍、2倍或3倍)来处理区域。

术语“出口”、“斜槽”和“闸门”在本文中以广义使用，以表示准许处理材料109从料斗110到目标区域201的受控转移的几乎任何机构。例如，机械臂、鼓风机、喷洒器、传送器、旋转器等可以共同执行出口、斜槽和闸门的功能，并因此作为出口、斜槽和闸门操作，而不脱离本发明的公开的范围。

在替代实施例中，车辆100可以包括切割或去芯工具350，如图5所示。工具350可以适于从草皮表面移除或切除目标区域周围的预定部分的草皮(例如，目标区域周围的整齐边缘)，从而在草皮表面中留下标准尺寸的凹部351。然后可以将标准体积的处理材料分散到目标区域。在一些实施例中，代替后续将一定体积的粒状或液体处理材料109递送到暴露的凹部351，改进的料斗110中携带的处理材料可以作为替代地是具有相应尺寸的草皮层的预成形“填塞物”352，该填塞物352可以随后被设置在地面103中的新产生的凹部351内。在一些实施例中，工具350可以适于竖直地上下(方向357)移动以准许相对于目标区域201设置工具。

工具可以包括两个相对的铲爪353，铲爪353可以在控制器120(图5中未示出)的控制下朝向彼此枢转，如箭头354所示。一个或多个马达355(也在控制器120的控制下)可以控制工具350的升降以及爪353的打开和闭合。因此，在识别目标区域201时，车辆可以首先切除目标区域周围的草皮，之后车辆可以将闸门126定位在凹部351的正上方。在致动器112致动时，闸门126可以打开，从而允许填塞物352设置在凹部351内。被移除的材料可以被存储在单独的车载料斗(未示出)中或被排出到地面103，最终可在地面处被分解。车辆可以包括一个或多个尺寸的切割工具和填塞物，以准许处理各种目标区域尺寸。如本文别处所述，当铺设这种填塞物时，车辆可以记录修复的位置和时间/日期，并将这种信息中继到灌溉控制器，以确保此后发生足够的浇水。

再次参考图2，处理材料(例如，颗粒或液体材料)可以以包裹107放置到料斗中。包裹可以形成多孔膜，或者当保持固体时，包裹可以是水溶性的，使得每个包裹在递送到目标区域201之后可以分解或以其他方式释放其内容物。作为替代方案，料斗110可以包括切开器140或类似装置。所示的切开器140可以在操作期间旋转(例如，借助马达(未示出))，由此切开器的齿适于在分配/递送至目标区域之前或期间将包裹切开或撕开。在又一些其他实施例中，包裹可以原封不动地被递送到目标区域，然后由附接到车辆100的往复运动的尖状物或其他工具(未示出)弄破裂。术语“切开器”在本文中可以用于描述适于打开包裹107的任何装置或过程(机械的或以其他方式)。

在将处理材料109沉积到目标区域201之后，车辆100可以使用附接或以其他方式连接到底盘102的梳理工具来分布或抚平分散在目标区域中和周围的处理材料。例如，车辆100可以操纵(例如拖拽)梳理工具142(参见图2)，该梳理工具142包括以下各项中的一种或多种：刷子、刀片、橡皮滚轴、拖垫(drag mat)、辊子、耙子、喷气器、喷水器、机械刮除机(mechanical abraider)(诸如，美国专利No.10,058,087中所示的)和夯实机。可以操纵梳理工具142以帮助均匀地散布和抚平分散在目标区域中和周围的处理材料109，并且将目标区域201平整到与周围草皮相同的高度。在一些实施例中，车辆100可以进一步包括探头组件，诸如在WO2018/132650中描述的，以在填充材料被分配到目标区域201并被抚平之后确定填充材料的轮廓。

在其他实施例中，可以不包括梳理工具。在这种情况下，随后的灌溉或其他车辆(例如，割草机)的移动可以最终有效地分布处理材料。在其他实施例中，车辆100可以利用梳理工具142来减轻由损坏或处理的草皮产生的碎屑的干扰。例如，车辆可以包括收集碎屑(通风装置芯、草皮断片材料等)并将碎屑存储在车载容器中的清扫器或刷子，该车载容器可以在稍后的日期使用例如类似于美国专利No.7,716,773中描述的碎屑清扫器来清空。作为替代方案，可以将碎屑收集起来，然后利用如美国专利No.8,205,681中描述的处理器在车上进行粉碎，之后将粉碎的碎屑分布在地面103上。

如本文上面所述，在车辆100完成将处理材料分散在目标区域201中和周围之后，可以(例如，在控制器120的存储器内和/或向远程计算机119发送)记录施加的时间和/或日期以及经过处理的区域的坐标。记录目标区域的位置可以有益于避免在稍后的日期对相同目标区域进行不必要的再次处理。此外，记录位置还可以准许车载或远程传感器128-1和128-2监测处理区域随时间的进展，和/或在稍后的日期检查填充材料是否被冲掉。更进一步地，记录经过处理的区域的位置并将该位置发送到远程计算机119(参见图6)可以允许远程计算机与灌溉控制器144通信，以使用种植灌溉循环来操作包含经过处理的区域的灌溉带。种植灌溉循环可以比正常灌溉循环递送更少的水，以减少填充/处理材料109被冲掉的机会，和/或保持目标区域潮湿以促进种子发芽。

图6示出了示例性地产400的一部分，例如高尔夫球场的一部分。球场可以包括各种草皮表面，诸如球道(fairway)、粗草区(rough)和发球区域(teeing area)，其中后者在图6中被示为发球区域402。出于此实例的目的，发球区域402是指定作业区域。然而，其他子区域，或者甚至整个高尔夫球场，可以是指定作业区域，只要该区域包括草皮表面即可。事实上，由于有限的空间和视觉评价该区域的能力，使用常规草皮断片修复过程可以更容易地处理发球区域。然而，用于识别、表征和处理(分散和抚平处理材料)的示例性过程通常可以是相同的，而与被处理的具体区域无关。

球场可以包括设备或公用设施建筑物404，设备或公用设施建筑物404可以容纳各种草皮护理设备和球场管理系统。例如，建筑物可以容纳控制各种球场系统的远程计算机119，各种球场系统包括由灌溉控制器144控制的灌溉系统。虽然示出为被容纳在与球场相邻的建筑物中，但是远程计算机可以位于几乎任何远程地点，只要这样的远程地点能够与各种球场管理系统通信(例如，借助互联网)即可。

车辆100可以存放在基站406处。基站不仅可以准许车辆电池(参见图1中的电池114)的存储和充电，而且可以存储和补充处理材料109，如以下进一步描述的。

在建立作业区域之后，车辆可以被分派或以其他方式运输到作业区域402以进行定期草皮评价(使用车载传感器128-1、128-2)。另外或作为替代方案，车辆100可以在从远程传感器(例如，与飞行器304、其他地面车辆300、或固定位置(例如，附接到位于作业区域402中和周围的柱302的传感器)相关联)或者从来自高尔夫选手或维护人员的报告接收到目标区域的坐标之后被分派。

车辆100可以自主地或借助操作者辅助的推进从基站406移动到作业区域402。再者，虽然在此实例中将作业区域402限定为高尔夫球场的发球区域，但作业区域可以是球场的几乎任何部分(例如，发球台、球道、粗草区或果岭)。此外，几乎任何方法都可以用于建立作业区域。例如，可以通过向控制器120提供作业区域的边界的地理位置来建立作业区域，例如通过：边界的预编程；在训练阶段期间学习边界；从另一车辆(例如，车辆300和304；参见图2)接收信息；从信标308(例如，附接到柱302)等接收边界信息；从远程计算机119接收边界信息；识别选手停止位置；以及从选手报告接收信息(例如，借助文本消息或移动电话应用)。

一旦在作业区域402内，车辆100就可以在控制器120的控制下在作业区域上自主地操作，从而：直接移动到已知目标区域201的位置；或者通过以计划的、随机的或半随机的模式移动来开始搜索目标区域。例如，车辆可以移动到作业区域的初始位置(例如，几何中心)，然后以螺旋模式(参见图6中的虚线)向外移动，直到覆盖整个作业区域。在这个意义上，作业区域可以被看作是限定从起点开始的半径的电子“界限(tether)”。在这样的实施例中，作业区域的“中心”可以由(永久的或临时的)信标限定，或者可以以其他方式通过其坐标而知道。

一旦如上所述识别并处理了目标区域，车辆100就可以被运输回到基站406。而且，运输可以在自主、半自主或操作者辅助的控制下发生。

图7示意性地示出了根据本发明的公开的实施例的基站406。为了自主返回到基站，车辆100可以运输回到已知坐标，然后使用基站上的信标或机器视觉技术与基站对接，如图7所示。

基站可以包括框架408，当对接时车辆100可以将其自身定位在该框架附近。框架还可以连接有电源连接部410和可选的有线或无线数据连接部412。电源连接部410可以将电力输送到触点414。车辆100可以包括相应的触点，使得当车辆100对接时，电池114(参见图1)可以经由电源连接部被充电。可以可选地设置数据连接部412以允许远程访问控制器120的存储器124，并且将车辆100和基站406的状态提供给例如远程计算机119。

在一些实施例中，基站406的框架408可以支撑具有可选盖417的材料料斗416，如图所示。材料料斗416可以容纳可用于对车辆100的料斗110进行补充的一定体积的处理材料109。为了控制处理材料109从材料料斗416的递送，可以分别与上述闸门126和致动器112类似地提供和操作闸门418和闸门致动器420。也就是说，一旦车辆100被对接，控制器120和/或远程计算机119就可以激励致动器420以打开闸门418。

为了自动确保从材料料斗416向车辆料斗110递送适当体积的处理材料109，可以使用各种传感器。例如，称重传感器134(参见图2)可以连续地向控制器120和/或直接向远程计算机119(例如，经由数据连接部412)指示料斗110中的处理材料的体积。一旦承重传感器提供了与存在期望体积的处理材料109相对应的信号，就可以关闭闸门418。在其他实施例中，可以使用其他传感器(例如，相机、基于流量的传感器)检测递送到料斗110的材料的体积，而在又一些其他实施例中，料斗110的补充可以手动地完成。

虽然本文中描述为自给的(self-contained)、自主或半自主引导的车辆100，但是其他构造当然也是可能的。例如，图8示意性地示出了自主地面维护系统，其具有被拖拽在诸如维护车辆或拖拉机502等由操作者控制的维护车辆后面的被拖拽机具500。在这种构造中，拖拉机502可以在草皮表面103上运输机具500，从而不需要机具500的自主自推进。然而，机具500在大多数其他方面可以类似于本文所述的车辆100的实施例。例如，机具500可以包括传感器128-1、128-2(车载或远程)以识别目标区域201，并且可以进一步包括料斗510和闸门526，闸门(由控制器120)自主地控制，以便以本文已经描述的方式将处理材料109从料斗510自主地分布到识别出的目标区域201。这样的被拖拽构造(具有自主处理能力)可以提供各种益处，包括例如：消除或简化一些或所有自主导航和推进系统；容纳更大体积的处理材料(和/或准许经由一个或多个分配出口从拖拉机502上的料斗(未示出)再填充处理材料)；以及能够拉动较重的梳理工具142。

根据本发明的公开的实施例的系统和方法可以进一步利用运输车辆，该运输车辆可以携带车载的一个或更多(例如，多个)车辆100，并从各种(例如，第一和第二)作业区域递送和取回车辆100。例如，图9至图12示出了运输车辆600，其包括用于携带一个或更多(例如，多个)车辆100(车辆100在这些视图中未示出)的设备。虽然被示出为乘骑式车辆600，但是其他实施例可以提供远程控制或自主控制的车辆。

在一些实施例中，运输车辆600可以是美国明尼苏达州明尼阿波利斯的托罗公司出售的Workman HD型多用途车辆(the model Workman HD utility vehicle sold by TheToro Company of Minneapolis,MN USA)的改进版本。车辆600可以包括操作者站602以容纳坐着的操作者(以及可选地，一个或多个乘客)。操作者站602可以包括准许操作者控制车辆600在地面103上的移动和操作的一个或多个控制器(例如，方向盘、速度控制器、制动控制器等)。车辆600可以由车轮606、608(仅左侧车轮可见，右侧车轮通常是其左侧对应物的镜像)支撑在地面上。在操作期间，车轮中的一个或多个(例如，后轮606)可以被提供动力以推进车辆，而相同或其他车轮(例如，前轮608)可以常规地可转向的(其他转向几何结构，例如，差动驱动的驱动轮也是可想到的)。车辆600可以包括原动机604(例如，如图10所示的内燃机或能量存储装置(例如，电池))，以不仅为驱动轮提供动力，而且为与车辆600相关联的其他系统提供动力。

如图9和图10所示，车辆还可以包括限定空间612的基座610，空间612可操作用于在其中接收和支撑一个或多个车辆100。在一些实施例中，基座610可以在如图9和图11所示的运输位置和如图10和图12所示的部署位置之间移动。在运输位置，车辆600可适于在多个位置之间运输所携带的(一个或多个)车辆100。然而，在到达期望的车辆部署位置时，基座610可以被放置处于部署位置，在该部署位置中，在基座上携带的(一个或多个)车辆100可以离开基座并开始自主操作，如本文别处所述。基座610可以包括帮助车辆100部署的坡道614(固定的或可移动成坡道位置)。

虽然不希望被任何特定的实施例所限制，图11至图12(为了清楚起见，在这些视图中去除了各种车辆600的结构)示出了适于将基座610从运输位置(图11)移动到部署位置(图12)的示例性基座移动系统616。在该实施例中，基座610的每一侧通过两个连杆连接到车辆600的框架602以形成四连杆机构618(仅示出左侧连杆机构，但右侧是镜像)。每一侧进一步包括操作者控制的液压缸620，液压缸620具有连接到框架602的缸端和连接到四连杆机构618的前连杆622上的杆端。

前连杆622可以构造成在框架枢轴623处枢转地附接到框架602且在基座枢轴624处枢转地附接到基座610的狗腿形状(dog-leg shape)。每个四连杆机构618进一步包括在框架枢轴627处枢转地连接到框架602且在基座枢轴628处枢转地连接到基座610的后连杆626。当每个气缸620从图11所示的位置缩回到图12所示的位置时，基座可以移动通过由连杆622和626限定的弧630。连杆设计成使基座的底板在整个运动范围内维持水平。此外，连杆622、626设计成当返回到图11所示的位置时越过中心行进。结果，基座在运输位置的位置放置不依赖于维持相对于缸620的液压。

在操作中，运输车辆600可以被推进(例如，自主地、半自主地、或在直接或远程操作者控制下)以在一个或多个作业区域之间拖运一个或多个车辆100。例如，运输车辆可以从第一位置被推进到第二位置，其中第二位置位于第一作业区域中或接近第一作业区域。在到达第二位置时，运输车辆600可以将车辆100中的一个或多个从基座610递送到第一作业区域，之后车辆100可以例如自主地操作，如本文所述。运输车辆然后可以移动到其他作业区域并部署其他车辆100。

当特定的车辆100已经完成作业区域(例如，第一作业区域)的覆盖或需要补充其处理材料料斗110时，它可以(例如，使用仅在图10中示出的车辆600上的无线电部640)将状态信息通信至运输车辆600(和/或从其接收状态信息)。这样的状态信息可以包括但不限于请求：拾取；用来自位于运输车辆上的料斗650(也参见图10)的处理材料109重新填充处理材料料斗110；和/或通过也设置在车辆600上的设施对其电池进行充电或更换。

一旦车辆100完成其作业，运输车辆600就可以取回车辆100，然后将车辆100重新部署到另一作业区域，或者将一个或多个车辆返回到终点或基地位置。

虽然本文描述为自主地检测和处理目标区域，但是其他实施例也可以允许操作者经由远程控制手动分布处理材料。在这种构造中，目标区域可以由操作者直接观察，或者可以使用位于车辆100上的相机远程观察。

各种说明性实施例在本发明的公开的范围内，下面标识了其一些实例。

实施例1.一种自主地面维护系统，包括：车辆，其包括由地面支撑构件支撑在地面上的底盘；由底盘支撑的容器，该容器限定有排放出口，该排放出口能用于将保持在容器内的处理材料分散到地面的目标区域；闸门，其适于选择性地打开和关闭排放出口；传感器，其适于识别目标区域；以及由底盘支撑的电子控制器，该控制器与传感器和闸门通信。

实施例2.根据实施例1的系统，其中，控制器适于：将底盘定位在接近目标区域的位置处，使得排放出口能够将处理材料递送到目标区域；并激励闸门以打开排放出口。

实施例3.根据实施例1至2中任一项的系统，还包括梳理工具，该梳理工具连接到底盘并且适于将处理材料分布在目标区域中和周围。

实施例4.根据实施例1至3中任一项的系统，其中，传感器包括图像传感器，该图像传感器适于识别目标区域与周围地面之间的对比度、颜色或反射率的差异。

实施例5.根据实施例1至3中任一项的系统，其中，传感器包括深度传感器。

实施例6.根据实施例1至3中任一项的系统，其中，传感器包括热传感器或声传感器。

实施例7.根据实施例1至3中任一项的系统，其中，传感器包括无线电检测和测距装置。

实施例8.根据实施例1至3中任一项的系统，其中，传感器包括光谱反射率测量传感器。

实施例9.根据实施例1至8中任一项的系统，其中，排放出口能在控制器的控制下相对于底盘移动。

实施例10.根据实施例1至9中任一项的系统，其中，传感器远离底盘。

实施例11.根据实施例1至10中任一项的系统，其中，处理材料包括填充物、种子、颗粒物质和液体中的至少一种。

实施例12.根据实施例1至11中任一项的系统，其中，处理材料被容纳在多个包裹中。

实施例13.根据实施例12的系统，其中，系统还包括切开器，切开器适于在处理材料分散到目标区域之前或期间将包裹切开。

实施例14.一种操作自主草皮维护车辆的方法，方法包括：建立作业区域，车辆将在作业区域中操作，该作业区域包括草皮表面；将车辆运输到作业区域。车辆包括：底盘，其由地面支撑构件支撑在草皮表面上，其中，地面支撑构件中的一个或多个包括驱动构件，该驱动构件适于在草皮表面上推进车辆并使车辆转向；一个或多个马达，其适于为驱动构件提供动力；由底盘支撑的容器，该容器包括排放出口，该排放出口能用于将保持在容器内的处理材料转移到草皮表面的目标区域；传感器，其适于识别目标区域；和由底盘支撑的电子控制器，该控制器与传感器和一个或多个马达通信。方法还包括：自主地推进车辆穿过作业区域；以及利用传感器自主地识别目标区域。

实施例15.根据实施例14的方法，还包括：在控制器的存储器内记录目标区域的位置。

实施例16.根据实施例14至15中任一项的方法，还包括：将关于目标区域的位置的数据发送到远程计算机。

实施例17.根据实施例14至16中任一项的方法，还包括：在控制器的控制下，将容器的排放出口相对于目标区域进行定位；在控制器的控制下，选择性地打开与排放出口相关联的闸门，以将处理材料分散在目标区域中和周围；以及在控制器的控制下关闭闸门。

实施例18.根据实施例14至17中任一项的方法，其中，车辆还包括梳理工具，并且其中，方法还包括利用车辆操纵梳理工具，以抚平分散在目标区域中和周围的处理材料。

实施例19.根据实施例18的方法，其中，梳理工具包括选自刷子、刀片、橡皮滚轴、拖垫、辊子、耙子、喷气器、喷水器、机械刮除机和夯实机的工具。

实施例20.根据实施例14至19中任一项的方法，还包括：记录处理材料被分散在目标区域中和周围的时间和日期。

实施例21.根据实施例14至20中任一项的方法，还包括：计量经由排放出口分散的处理材料。

实施例22.根据实施例21的方法，其中，计量经由排放出口分散的处理材料的步骤包括基于以下各项中的一者或两者来计量处理材料：时间；以及排放出口的位置。

实施例23.根据实施例21的方法，其中，计量经由排放出口的处理材料的步骤包括计量固定体积的处理材料。

实施例24.根据实施例21的方法，其中，计量经由排放出口的处理材料的步骤包括计量处理材料的体积，该体积由控制器基于目标区域的尺寸来估计以填充目标区域。

实施例25.根据实施例21的方法，还包括：用深度传感器测量目标区域的深度，并且用控制器计算根据目标区域要计量的处理材料的体积。

实施例26.根据实施例14至25中任一项的方法，还包括：在将处理材料分散在目标区域中和周围之前，从草皮表面移除目标区域周围的预定部分的草皮。

实施例27.根据实施例14至26中任一项的方法，其中，将车辆运输到作业区域的步骤包括：提供包括基座的运输车辆，该基座适于接收和支撑多个草皮维护车辆；将运输车辆从第一位置推进到第二位置，该第二位置位于第一作业区域中或接近第一作业区域；以及将第一草皮维护车辆从基座递送到第一作业区域。

实施例28.根据实施例27的方法，还包括：将运输车辆返回到第一作业区域处或附近的位置；以及将第一草皮维护车辆从第一作业区域返回到运输车辆的基座。

实施例29.根据实施例28的方法，包括：将运输车辆推进到第三位置；以及将第一草皮维护车辆从基座递送到第二作业区域。

实施例30.根据实施例27至29中任一项的方法，还包括：用存储在运输车辆上的额外的处理材料补充第一草皮维护车辆的容器。

实施例31.根据实施例27至30中任一项的方法，还包括：在第一草皮维护车辆和运输车辆之间传输状态信息。

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