(57)【要約】【課題】本発明は、圃場を自律走行する作業車で、走行装置のスリップ状態が生じて走行速度が遅くなっても均一な農作業が行えるようにすることを課題とする。【解決手段】走行車体１０に搭載したエンジン３２１の出力で駆動するＰＴＯ軸３９２で作業機を駆動する圃場作業車において、走行車体１０に設けるナビシステム２９０で算出する実走行速度と走行駆動装置２２０に設ける車速センサ２９６で算出する駆動走行速度を比較し、実走行速度が駆動走行速度より所定以上遅いスリップ走行状態の場合に走行負荷低減制御を行う自律走行作業車とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行車体（１０）に搭載したエンジン（３２１）の出力で駆動するＰＴＯ軸（３９２）で作業機を駆動する自律走行作業車において、前記走行車体（１０）に設けるナビシステム（２９０）で算出する実走行速度と走行駆動装置（２２０）に設ける車速センサ（２９６）で算出する駆動走行速度を比較し、実走行速度が駆動走行速度より所定以上遅いスリップ走行状態の場合に走行負荷低減制御を行うことを特徴とする自律走行作業車。
【請求項２】
前記走行負荷低減制御として、前記作業機を浮上させることを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車。  
【請求項３】
前記走行負荷低減制御として、前記作業機を駆動する前記ＰＴＯ軸（３９２）の駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車。  
【請求項４】
前記走行負荷低減制御として、前記エンジン（３２１）の回転を低下することを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車。  
【請求項５】
前記スリップ走行状態が解消されない場合は、前記走行駆動装置（２２０）を停止することを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車。  
【請求項６】
前記走行駆動装置（２２０）の停止後に、前記作業機を上昇させ、前記エンジン（３２１）の駆動を停止することを特徴とする請求項５に記載の自律走行作業車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圃場を自律で走行して農作業を行う自律走行作業車に関する。
【背景技術】
【０００２】
圃場の自律走行作業車として、耕耘作業を行うトラクタや苗の移植作業を行う苗移植機や米や麦等の穀粒を収穫するコンバイン等がある。
【０００３】
特許文献１には、自律走行作業車として耕耘作業機を連結したトラクタで、自律走行時に走行予定経路から逸脱すると走行車体の走行速度を減速させて進路修正が行えるようにした技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１９−４１６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圃場を走行して農作業を行う自律走行作業車は、走行予定経路からの逸脱だけでなく、泥地走行のために走行輪がスリップして、耕耘が過度に行われたり苗の移植間隔が短くなったり等で均一な農作業が行われないことがある。
【０００６】
本発明は、圃場を自律走行する作業車で、走行装置のスリップ状態が生じて走行速度が遅くなっても均一な農作業が行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。
【０００８】
請求項１の発明は、走行車体１０に搭載したエンジン３２１の出力で駆動するＰＴＯ軸３９２で作業機を駆動する自律走行作業車において、走行車体１０に設けるナビシステム２９０で算出する実走行速度と走行駆動装置２２０に設ける車速センサ２９６で算出する駆動走行速度を比較し、実走行速度が駆動走行速度より所定以上遅いスリップ走行状態の場合に走行負荷低減制御を行うことを特徴とする自律走行作業車とする。
【０００９】
請求項２の発明は、走行負荷低減制御として、作業機を浮上させることを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車とする。
【００１０】
請求項３の発明は、走行負荷低減制御として、作業機を駆動するＰＴＯ軸３９２の駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車とする。
【００１１】
請求項４の発明は、走行負荷低減制御として、エンジン３２１の回転を低下することを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車とする。
【００１２】
請求項５の発明は、スリップ走行状態が解消されない場合は、走行駆動装置２２０を停止することを特徴とする請求項１に記載の自律走行作業車とする。
【００１３】
請求項６の発明は、走行駆動装置２２０の停止後に、作業機を上昇させ、エンジン３２１の駆動を停止することを特徴とする請求項５に記載自律走行作業車とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明で、作業車は走行駆動装置２２０に設ける車速センサ２９６で算出する駆動走行速度で走行する筈であるが、走行車体１０の経緯度を測るナビシステム２９０で算出する実走行速度が駆動走行速度に達していないと車輪やクローラ等の走行装置がスリップしているスリップ走行状態と判定出来るので、走行負荷低減制御が行われて前進推進力が回復して走行駆動装置２２０の駆動走行速度が実走行速度に近づいて均一な農作業になる。
【００１５】
請求項２の発明で、請求項１の効果に加えて、農作業が耕耘作業である場合に、耕耘作業機を浮上させることで耕耘抵抗が少なくなって前進推進力が回復してスリップ走行状態を解消できて、均一な耕耘作業になる。
【００１６】
請求項３の発明で、請求項１の効果に加えて、ＰＴＯ軸３９２の駆動を停止することで作業機の駆動負荷がなくなりエンジン３２１の全駆動力が走行駆動装置２２０に伝わり前進推進力が回復してスリップ走行状態を解消できる。
【００１７】
請求項４の発明で、請求項１の効果に加えて、エンジン３２１の回転を低下して走行駆動装置２２０の前進推進力を弱くすることで走行装置のスリップを無くしてスリップ走行状態を解消できる。
【００１８】
請求項５の発明で、請求項１の効果に加えて、スリップ走行状態を解消できない場合に走行を停止させて部分的に過度な農作業を中断できる。
【００１９】
請求項６の発明で、請求項５の効果に加えて、スリップ走行状態を解消できない場合にエンジン３２１を停止させて自律走行を中断して待機状態にして、作業者の処置を待つことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係るトラクタの概略側面図である。
【図２】走行車体の説明図である。
【図３】走行車体の動力伝達経路を示す図である。
【図４】トラクタの制御系を示すブロック図である。
【図５】本実施形態に係るトラクタの自動走行制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に示す実施例を参照しながら説明する。なお、実施例の説明においては、機体の前進方向に向かって左右方向をそれぞれ左、右といい、前進方向を前、後進方向を後というが、本発明の構成を限定するものでは無い。
【００２２】
本実施形態に係る圃場作業車であるトラクタ１の構成について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るトラクタ１の概略側面図である。
【００２３】
トラクタ１は、走行車体１０と、車両制御部１００と、通信ユニット１１０とを備える。トラクタ１は、作業者が有する端末装置２、例えば、リモコンや、携帯通信端末から通信ユニット１１０によって信号を受信し、自動走行し、作業可能なトラクタである。すなわち、トラクタ１は、遠隔操作可能なトラクタである。
【００２４】
走行車体１０は、図示しないステアリングハンドルや操作ペダルおよび各種計器類が設けられた操縦部を備えるとともに、図示しない耕耘作業機を後部に連結可能に構成される。走行車体１０の天井部には、複数の航法衛星６０から送信される電波を受信するＤＧＰＳ（Differential  Global  Positioning  System）アンテナ６が設けられる。なお、走行車体１０には、耕耘作業機以外の作業装置を連結することができる。
【００２５】
走行車体１０について図２および図３を参照して説明する。図２は、走行車体１０の説明図である。図３は、走行車体１０の動力伝達経路を示す図である。
【００２６】
走行車体１０は、図２および図３に示すような動力伝達機構をはじめとする各種機構を備える。すなわち、図２に示すように、走行車体１０は、左右側それぞれに、左右の前車軸４０６Ｌ，４０６Ｒに取付けられた前輪３０１Ｌ，３０１Ｒと、左右の後車軸４０５Ｌ，４０５Ｒに取付られた左右の後輪３０２Ｌ，３０２Ｒとを備える。なお、以下では、符号にＬを付して左側を、Ｒを付して右側を示すことにするが、左右を区別する必要が無い場合は、例えば、前輪３０１、後輪３０２などのように記す場合がある。
【００２７】
走行車体１０の前部には、動力源となるエンジン３２１が搭載されており、エンジン３２１から動力伝達機構を介して前輪３０１や後輪３０２へ動力が伝達される。なお、本実施形態に係るトラクタ１は、４ＷＤクラッチ３２４を備えており、この４ＷＤクラッチ３２４の切換えによって、後輪３０２のみ駆動する２ＷＤ方式と、前輪３０１および後輪３０２が共に駆動する４ＷＤ方式とに切換え自在に構成されている。
【００２８】
後輪３０２への動力伝達機構は、エンジン３２１の後段に、前後進クラッチ３２２を介して主変速部３２３が配設され、さらにその後段に副変速部３２５が配設され、その後段には後輪差動歯車装置３２６が配設される。そして、この後輪差動歯車装置３２６と後輪３０２とを連結する後車軸４０５の基部には、それぞれブレーキ装置３１２を設けている。
【００２９】
また、副変速部３２５の後段に設けられたアイドルギヤを介して変速軸４０４へ入力され、４ＷＤクラッチ３２４、前輪差動歯車装置３２０を介して前輪３０１への動力伝達がなされる。
【００３０】
本実施形態に係るトラクタ１は、自動走行ができるように、車両制御部１００により制御される自動走行ユニット１６０（図４参照）を備えている。そして、車両制御部１００には、前輪３０１の操舵角を検出する操舵角検出センサ３０４が接続されており、自動走行時は、検出された実際の前輪３０１の操舵角をフィードバックしながら車両制御部１００がステアリングシリンダ３０３を制御して操舵するようにしている。
【００３１】
後輪３０２に設けたブレーキ装置３１２は、機体に設けたブレーキペダル３１０を操縦者が踏み込むことで、ブレーキシリンダ３１１が油圧により作用して機能する。すなわち、左後車軸４０５Ｌの基部に設けた左ブレーキ装置３１２Ｌを左ブレーキシリンダ３１１Ｌに接続するとともに、右後車軸４０５Ｒの基部に設けた右ブレーキ装置３１２Ｒを右ブレーキシリンダ３１１Ｒに接続する。
【００３２】
図示するように、左右のブレーキシリンダ３１１Ｌ，３１１Ｒは、車両制御部１００に接続した左右のブレーキソレノイド３３０Ｌ，３３０Ｒと接続している。そのため、車両制御部１００に所定のブレーキ信号が入力されると、車両制御部１００は、ブレーキソレノイド３３０を駆動して、左右のブレーキ装置３１２Ｌ，３１２Ｒのいずれか一方または両方を作動させることができる。なお、ブレーキソレノイド３３０は、例えば、油圧ポンプ３４１、リリーフバルブ３４０などとともに油圧回路を構成する。
【００３３】
次に、図３を参照しながら、トラクタ１のエンジン３２１から前輪３０１、後輪３０２までの動力の伝達経路について説明する。図示するように、エンジン３２１の出力軸は、前・後進を切り換える前後進クラッチ３２２を介して動力伝達軸４０１と連結している。したがって、トラクタ１は、前後進クラッチ３２２を切換えることによって、動力伝達軸４０１を選択的に正逆転することができる。
【００３４】
また、動力伝達軸４０１は、主変速部３２３、副変速部３２５に連結されている。すなわち、主変速部３２３および副変速部３２５は、エンジン３２１から後輪３０２（前輪３０１および後輪３０２）へ動力を伝達する動力伝達経路上に配置される。
【００３５】
主変速部３２３には、第１クラッチギヤ３６１と第３クラッチギヤ３６３とを有する一速／三速切換用クラッチ４０２と、第２クラッチギヤ３６２と第４クラッチギヤ３６４とを有する二速／四速切換用クラッチ４０３とが装着され、エンジン３２１からの動力を１速〜４速に変速して出力可能としている。
【００３６】
さらに、主変速部３２３は、高低クラッチ３６５を装着しており、１速〜４速を、それぞれさらに高速あるいは低速に切換え可能としている。
【００３７】
主変速部３２３の動力が入力される副変速部３２５には、図示しない副変速レバーで操作される二連の副変速クラッチの第１のシフター３８１と第２のシフター３８２と複数の伝達ギヤとを備える。第１のシフター３８１と第２のシフター３８２とがいずれの伝達ギヤと係合するかにより、超低速、低速、中速および高速とに変速することができる。そして、副変速部３２５の出力軸の回転が、後輪差動歯車装置３２６から車軸および後輪遊星歯車機構３９１を介して後輪３０２へ伝動される。
【００３８】
また、主変速部３２３から副変速部３２５へ入力される動力が、アイドルギヤを介して４ＷＤクラッチ３２４を装備した変速軸４０４へ入力されることにより、前輪３０１への駆動力伝動がなされる。４ＷＤクラッチ３２４の作用により、通常の前輪駆動から加速された前輪駆動への切り換えも可能となっている。なお、４ＷＤクラッチ３２４を中立にすると、前輪３０１の駆動が断たれて後輪３０２のみの駆動、すなわち２ＷＤとなる。
【００３９】
こうして、４ＷＤクラッチ３２４の後段部に伝達された動力は、前輪差動歯車装置３２０と前輪遊星歯車機構３９０とを介して前輪３０１へと伝達される。
【００４０】
また、走行車体１０は、主変速部３２３や副変速部３２５などの変速機構を介さずに、エンジン３２１から耕耘作業機に動力を伝達する作業用動力伝達機構３６０を備える。具体的には、走行車体１０は、ＰＴＯ（Power  Take  Off）クラッチ３６６を備えており、ＰＴＯクラッチ３６６を繋ぐことで、主変速部３２３などを介さずに、エンジン３２１からＰＴＯ軸３９２へ動力を伝達することができる。
【００４１】
ＰＴＯ軸３９２は、前段側にＰＴＯ変速第１シフター３７１およびＰＴＯ変速第２シフター３７２が設けられており、これらが操作されることにより、低速から高速でＰＴＯ軸３９２を順回転させることができるとともに、逆転させることも可能となっている。
【００４２】
次に、本実施形態に係るトラクタ１の制御系について図４を参照し説明する。図４は、トラクタの制御系を示すブロック図である。
【００４３】
本実施形態に係るトラクタ１は、電子制御によって各部を制御することが可能であり、制御系の中核をなす車両制御部１００を備える。車両制御部１００は、端末装置２からの指令信号を通信ユニット１１０を介して受信することにより、自動走行ユニット１６０を制御して自動走行することができる。
【００４４】
トラクタ１が備える車両制御部１００は、各種プログラムや各種の必要データ類が格納された、ハードディスクやＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などで構成される記憶装置１４０と、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等を有する処理部をはじめＲＯＭ，ＲＡＭなどで構成される複数のコントローラ１２０，１３０，１５０を備える。
【００４５】
コントローラ１２０，１３０，１５０としては、例えば、走行系を制御する走行系コントローラ１２０、エンジン３２１を制御するエンジンコントローラ１３０、機体後部に連結する耕耘作業機を制御する作業機系コントローラ１５０などがある。
【００４６】
走行系コントローラ１２０、エンジンコントローラ１３０、および作業機系コントローラ１５０は、これらについても、いずれもＣＰＵなどを有する処理部や、制御プログラムが格納されるＲＯＭ、作業領域用のＲＡＭなどのストレージ部、さらには入出力部が設けられており、互いに接続されて互いに信号の受け渡しが可能となっている。なお、ストレージ部のＲＯＭには、各コントローラ１２０，１３０，１５０の制御対象に応じた制御プログラムなどがそれぞれ格納される。
【００４７】
また、車両制御部１００には、非常停止スイッチ２１０、ステアリング駆動用モータ（不図示）や図２および図３に示した伝動機構を含む走行駆動装置２２０と、例えば第１障害物検出センサ２３１ａや第２障害物検出センサ２３１ｂや、操舵角検出センサ３０４などを含む走行系各種センサ２３０が接続される。さらに、車両制御部１００には、ＤＧＰＳアンテナ６（図１参照）を含むナビシステム２９０や方位センサ２９５、車速センサ２９６などが接続される。
【００４８】
第１障害物検出センサ２３１ａは、例えば、超音波センサであり、走行車体１０の進行方向、例えば、走行車体１０の前方または側方の第１所定範囲内にある障害物を検出するセンサである。第２障害物検出センサ２３１ｂは、例えば、赤外線センサであり、走行車体１０の進行方向、例えば、走行車体１０の前方または側方の第２所定範囲内にある障害物を検出するセンサである。第１所定範囲および第２所定範囲は、予め設定された範囲であり、第２所定範囲は、第１所定範囲よりも狭い範囲である。なお、第１障害物検出センサ２３１ａおよび第２障害物検出センサ２３１ｂは、障害物検出のための画像処理判定プログラム用の映像を撮影するカメラやその他のセンサであってもよい。
【００４９】
ナビシステム２９０は、ＤＧＰＳアンテナ６が受信する電波で走行車体１０の経緯度を測定して圃場における位置を圃場地図上に表示すると共に、走行車体１０の走行に伴う実走行速度を算出する。
【００５０】
方位センサ２９５は、走行車体１０の進行方向の方位を検出し、車速センサ２９６は、後輪３０２の動力伝動機構に組み込まれて後輪３０２の回転数から駆動走行速度を算出する。従って、前記ナビシステム２９０が算出する実走行速度と車速センサ２９６の表示する駆動走行速度は一致するのであるが、後輪３０２に滑りが生じると実走行速度が駆動走行速度より遅くなるスリップ走行状態となる。
スリップ走行状態になると作業機が同じ場所で耕耘を繰り返す等の過度な農作業となるので、これを防ぐために、作業機系コントローラ１５０がＰＴＯクラッチ３６６を切って作業機の駆動を停止させたり、エンジンコントローラ１３０がエンジン３２１の回転を低下させたり、作業機系コントローラ１５０が作業機を浮かせたりする走行負荷低減制御を実行する。
それでもスリップ走行状態が解消されないと、走行駆動装置２２０を停止させ、作業機を大きく上昇させてエンジン３２１の駆動を停止して、通信ユニット１１０から作業者が持っている端末装置２に通報して作業者が対処するのを待つ。
【００５１】
また、車両制御部１００には、作業機昇降装置（不図示）などを含む作業機昇降駆動装置２４０、ＰＴＯクラッチ３６６を入り切り操作するＰＴＯ入・切操作スイッチ２５０、耕耘作業機を制御するために必要な作業機系・ＰＴＯ駆動用各種センサ２６０、また、エンジン駆動装置２７０やエンジン駆動用各種センサ２８０などが接続される。
【００５２】
こうして、トラクタ１は、作業者が機体に搭乗して走行しながら所定の作業を実行するほか、端末装置２を操作して自動走行ユニット１６０の駆動を車両制御部１００により制御することで、自動走行させながら所定の作業を実行させることができる。
【００５３】
トラクタ１を自動走行させる場合、例えば、作業内容に応じた走行予定経路を予め圃場毎に定めておき、これをデータ化して記憶装置１４０に格納しておく。走行予定経路は、圃場の形状、大きさ、圃場内に形成された畝の幅、長さおよび本数、そして作物の種類などに応じて設定される。
【００５４】
車両制御部１００は、ナビシステム２９０で走行車体１０の圃場地図上の位置を検出し、検出した現在位置に基づいて実際の走行経路を算出する。そして、車両制御部１００は、実際の走行経路が走行予定経路に一致するようにステアリングシリンダ３０３およびエンジン３２１を制御する。
【００５５】
なお、トラクタ１の自動走行については、本実施形態のように端末装置２を介して車両制御部１００により実行させる他、適宜設定することができる。
【００５６】
次に、トラクタ１を遠隔操作可能な端末装置２の構成について説明する。図４に示すように、端末装置２は、トラクタ１の通信ユニット１１０と無線通信が可能である。また、端末装置２は、操作部として、トラクタ１を走行させるための前進「入・切」スイッチ２１および後進「入・切」スイッチ２２と、エンジン３２１の回転数を切換えるＥＮＧ回転数スイッチ２４と、トラクタ１を緊急停止させることが可能な車両停止スイッチ２６とを備える。
【００５７】
また、端末装置２は、耕耘作業機を操作するためのＰＴＯ「入・切」スイッチ２３と、作業機「上・下」スイッチ２５とを備える。
【００５８】
作業者は、端末装置２を操作することにより、トラクタ１を所定の速度で前進・後進させるとともに、停止させたりすることができるほか、耕耘作業機を上昇、下降させて所定の動力で作業させることができる。
【００５９】
次に、本実施形態に係るトラクタ１の自動走行制御について図５のフローチャートを参照し説明する。ここでは、トラクタ１が自動走行を行っているものとする。
【００６０】
車両制御部１００は、ナビシステム２９０からの信号に基づいて走行車体１０の現在位置を検出する（Ｓ１００）。車両制御部１００は、現在位置と走行予定経路との位置を比較し、現在位置と走行予定経路との距離を算出する（Ｓ１０１）。具体的には、車両制御部１００は、走行予定経路と、走行車体１０（ＤＧＰＳアンテナ６）の現在位置との距離を現在位置と走行予定経路との距離として算出する。
【００６１】
また、車両制御部１００は、現在位置と走行予定経路との距離と、予め設定された第１所定値とを比較する（Ｓ１０２）。第１所定値は、走行車体１０が走行予定経路に対して逸脱していると判定可能な、走行予定経路と走行車体１０（ＤＧＰＳアンテナ６）との距離である。すなわち、車両制御部１００は、自動走行時に、走行車体１０が走行予定経路から逸脱したか否かを判定する。
【００６２】
車両制御部１００は、現在位置と走行予定経路との距離が第１所定値以上の場合には（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、走行車体１０が走行予定経路から逸脱したと判定し、走行車体１０を減速させる（Ｓ１０３）。具体的には、車両制御部１００は、主変速部３２３または副変速部３２５をダウンシフトすることで、走行車体１０を減速させる。なお、ここでの減速は、走行車体１０を停止させることを前提とするものではない。
【００６３】
車両制御部１００は、現在位置と走行予定経路との距離が第１所定値よりも小さい場合には（Ｓ１０２：Ｎｏ）、走行車体１０が走行予定経路から逸脱していないと判定し、今回の処理を終了する。
【００６４】
車両制御部１００は、ナビシステム２９０からの信号に基づいて走行車体１０の現在位置を検出する（Ｓ１０４）。
【００６５】
車両制御部１００は、現在位置と走行予定経路との位置を比較し、現在位置と走行予定経路との距離を算出する（Ｓ１０５）。
【００６６】
車両制御部１００は、現在位置と走行予定経路との距離と、予め設定された第２所定値とを比較する（Ｓ１０６）。第２所定値は、第１所定値よりも小さい値であり、現在位置が走行予定経路に略一致していると判定できる値である。すなわち、車両制御部１００は、自動走行により、走行車体１０の走行経路が修正され、走行予定経路に略一致したか否かを判定する。
【００６７】
車両制御部１００は、現在位置と走行予定経路との距離が第２所定値以下の場合には（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、走行車体１０を加速させる（Ｓ１０７）。具体的には、車両制御部１００は、主変速部３２３または副変速部３２５をアップシフトすることで、走行車体１０を加速させる。車両制御部１００は、走行車体１０の車速が、減速させる前の車速となるように加速させる。
【００６８】
なお、車両制御部１００は、現在位置と走行予定経路との距離が第２所定値以下となる状態が予め設定された所定時間継続した場合、または現在位置と走行予定経路との距離が第２所定値以下となる状態が予め設定された所定走行距離継続した場合に、走行車体１０を加速させてもよい。
【００６９】
車両制御部１００は、現在位置と走行予定経路との距離が第２所定値よりも大きい場合には（Ｓ１０６：Ｎｏ）、減速を継続し、現在位置を検出する（Ｓ１０４）。
【符号の説明】
【００７０】
１０  走行車体
２２０  走行駆動装置
２９０  ナビシステム（測位装置）
２９６  車速センサ
３２１  エンジン
３９２  ＰＴＯ軸
【図１】
2020198789.tif 000003
【図２】
2020198789.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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