(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成方法において、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定め、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を作成する移動経路網作成ステップと、
前記移動経路網作成ステップで作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算ステップと、
前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、前記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動ステップとを有することを特徴とする移動経路生成方法。
【請求項２】
ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成装置において、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定め、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を作成する移動経路網作成部と、
前記移動経路網作成部で作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算部と、
前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、現在位置から、該現在位置に最近接した第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して目標位置に最近接した第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたことを特徴とする移動経路生成装置。
【請求項３】
プログラムを実行する演算装置内で実行され、該演算装置を、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成として動作させる移動経路生成プログラムであって、
前記演算装置を、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定め、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を作成する移動経路網作成部と、
前記移動経路網作成部で作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算部と、
前記演算装置を、前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、前記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えた移動経路生成装置として動作させることを特徴とする移動経路生成プログラム。
【請求項４】
ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置において、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定めることにより作成された、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行うことにより、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみが抽出された有効移動経路網を記憶する記憶部と、
前記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたことを特徴とするロボットアーム制御装置。
【請求項５】
プログラムを実行する演算装置内で実行され、該演算装置を、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置として動作させるロボットアーム制御プログラムであって、
前記演算装置を、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定めることにより作成された、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行うことにより、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみが抽出された有効移動経路網を記憶する記憶部と、
前記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたロボットアーム制御装置として動作させることを特徴とするロボットアーム制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成方法および移動経路生成装置、演算装置を移動経路生成装置として動作させる移動経路生成プログラム、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置、並びに、演算装置をロボットアーム制御装置として動作させるロボットアーム制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人間型ロボットのような多関節ロボットは多くの自由度を持つため、移動中にアームの関節（リンク）が自分のボディやその他の障害物に干渉する恐れがある。移動経路を予め定義しておけば干渉を回避できるが、動的な経路生成ができず、あらかじめ決められた移動経路上を移動するということしかできないという問題がある。特に、何らかの外乱等の原因で決められた移動経路から外れた状態で停止した後動作を再開させようとしたとき、決められた移動経路から外れていると自動的な復旧が困難となる。また、オンラインで動的な移動経路を生成する場合は、干渉チェック計算を常に行なう必要があるため、計算量、メモリ使用量が多く、実時間で実現することが難しい。このため、動的な移動経路を、オンラインで実時間で生成する方法の確立が多関節ロボットの分野での１つの課題となっている。これを少ない計算量やメモリ使用量で実現することが望ましい。
【０００３】
ここで、特許文献１には、ロボットの動作範囲内に障害物が存在する場合、予め該障害物を３次元的なパスゾーンとして、ソフトマップ内で有し、軌道生成した経路上に該障害物が存在する時、３次元的なパスゾーンを考慮して複数の経路を最短時間経路の候補として選択し、選択した候補について各々軌道生成を行い、最短時間のものを最短時間経路として選択することが開示されている。
【０００４】
障害物との干渉を避けることは重要であるが、この特許文献１では軌道をどのように生成するかという点については記述がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５６０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、任意の現在位置から任意の目標位置への移動経路を実時間で簡単に決定することができるように移動経路網をあらかじめ準備しておくための移動経路生成方法および移動経路生成装置、並びに、演算装置をそのような移動経路生成装置として動作させる移動経路生成プログラム、さらに、そのあらかじめ準備された移動経路網を使って、ロボットアームを任意の現在位置から任意の目標位置への移動経路を実時間で生成してロボットアームを移動させるロボットアーム制御装置、および、演算装置をそのようなロボットアーム制御装置として動作させるロボットアーム制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の移動経路生成方法のうちの第１の移動経路生成方法は、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成方法であって、
ロボットアームの移動空間を複数の第１段階のサブ空間に分割し、各第１段階のサブ空間それぞれを複数の第２段階のサブ空間に分割し、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれを複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）して、該移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより、該原点座標に置かれたノードから、該第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、該第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網を作成する移動経路網作成ステップと、
移動経路網作成ステップで作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算ステップとを有する。
【０００８】
ここで、上記第１の移動経路生成方法において、上記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、現在位置から、該現在位置に最近接した第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して目標位置に最近接した第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動ステップをさらに有していてもよい。
【０００９】
本発明の第１の移動経路生成方法は、上記のツリー構造の移動経路網を生成しあらかじめ干渉チェックを行なって有効移動経路網を生成するものであるため、ロボットアームの現在位置から目標位置への移動経路を短時間で構築することができる。
【００１０】
また、本発明の移動経路生成方法のうちの第２の移動経路生成方法は、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成方法であって、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定め、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を作成する移動経路網作成ステップと、
移動経路網作成ステップで作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算ステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、上記第２の移動経路生成方法において、上記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、上記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動ステップをさらに有していてもよい。
【００１２】
本発明の第２の移動経路生成方法は、いわば網目状の移動経路網を生成しあらかじめ干渉チェックを行なって有効移動経路網を生成するものであるため、ロボットアームの現在位置から目標位置への移動経路を生成するにあたっては、そのあらかじめ生成されている有効移動経路網について、第１のノードから第２のノードへの最短移動経路を探索すればよく、ロボットアームの現在位置から目標位置への移動経路を短時間で構築することができる。
【００１３】
また、本発明の移動経路生成装置のうちの第１の移動経路生成装置は、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成装置において、
ロボットアームの移動空間を複数の第１段階のサブ空間に分割し、各第１段階のサブ空間それぞれを複数の第２段階のサブ空間に分割し、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれを複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）して、該移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより、該原点座標に置かれたノードから、該第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、該第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網を作成する移動経路網作成部と、
前記移動経路網作成部で作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
ここで、上記第１の移動経路生成装置において、上記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、現在位置から、該現在位置に最近接した第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して目標位置に最近接した第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部をさらに備えていてもよい。
【００１５】
また、本発明の移動経路生成装置のうちの第２の移動経路生成装置は、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成装置において、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定め、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を作成する移動経路網作成部と、
上記移動経路網作成部で作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
ここで、上記第２の移動経路生成装置において、前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、上記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、上記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部をさらに備えていてもよい。
【００１７】
さらに、本発明の移動経路生成プログラムのうちの第１の移動経路生成プログラムは、プログラムを実行する演算装置で実行され、該演算装置を、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成装置として動作させる移動経路生成プログラムであって、
前記演算装置を、
ロボットアームの移動空間を複数の第１段階のサブ空間に分割し、各第１段階のサブ空間それぞれを複数の第２段階のサブ空間に分割し、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれを複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）して、該移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより、該原点座標に置かれたノードから、該第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、該第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網を作成する移動経路網作成部と、
上記移動経路網作成部で作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算部とを備えた移動経路生成装置として動作させることを特徴とする。
【００１８】
ここで、本発明の第１の移動経路生成プログラムは、上記演算装置を、前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、現在位置から、該現在位置に最近接した第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して目標位置に最近接した第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部をさらに備えた移動経路生成装置として動作させるものであってもよい。
【００１９】
さらに、本発明の移動経路生成プログラムのうちの第２の移動経路生成プログラムは、プログラムを実行する演算装置内で実行され、該演算装置を、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成として動作させる移動経路生成プログラムであって、
前記演算装置を、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定め、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を作成する移動経路網作成部と、
上記移動経路網作成部で作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算部とを備えた移動経路生成装置として動作させることを特徴とする。
【００２０】
ここで、本発明の第２の移動経路生成プログラムは、上記演算装置を、前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、上記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部をさらに備えた移動経路生成装置として動作させるものであってもよい。
【００２１】
また、本発明のロボットアーム制御装置のうちの第１のロボットアーム制御装置は、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置において、
ロボットアームの移動空間を複数の第１段階のサブ空間に分割し、各第１段階のサブ空間それぞれを複数の第２段階のサブ空間に分割し、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれを複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）して、該移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより作成された、該原点座標に置かれたノードから、該第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、該第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行なうことにより、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみが抽出された有効移動経路網を記憶する記憶部と、
上記有効移動経路網に基づいて、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の移動経路を求め、上記ロボットアームを、現在位置から、該第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の第１のロボットアーム制御装置は、上述した本発明の第１の移動経路生成方法により生成された有効移動経路網を記憶しておき、アーム移動制御部で、その有効移動経路網から第１のノードと第２のノードとを結ぶ移動経路を抽出し、さらに現在位置と第１のノードとの間、第２のノードと目標位置との間の移動経路を生成して、ロボットアームをその移動経路に沿って移動させるものであり、任意の現在位置から任意の目標位置へのロボットアームの移動経路を実時間的に生成してそのロボットアームを移動させることができる。
【００２３】
さらに、本発明のロボットアーム制御装置のうちの第２のロボットアーム制御装置は、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置において、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定めることにより作成された、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行うことにより、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみが抽出された有効移動経路網を記憶する記憶部と、
上記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、上記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
本発明の第２のロボットアーム制御装置は、上述した本発明の第２の移動経路生成方法により生成された有効移動経路網を記憶しておき、アーム移動制御部で、その有効移動経路網から第１のノードと第２のノードとを結ぶ最短移動経路を抽出し、さらに現在位置と第１のノードとの間、第２のノードと目標位置との間の移動経路を生成して、ロボットアームをその移動経路に沿って移動させるものであり、任意の現在位置から任意の目標位置へのロボットアームの移動経路を実時間的に生成してそのロボットアームを移動させることができる。
【００２５】
また、本発明のロボットアーム制御プログラムのうちの第１のロボットアーム制御プログラムは、プログラムを実行する演算装置で実行され、該演算装置を、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置として動作させるロボットアーム制御プログラムであって、
上記演算装置を、
ロボットアームの移動空間を複数の第１段階のサブ空間に分割し、各第１段階のサブ空間それぞれを複数の第２段階のサブ空間に分割し、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれを複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）して、該移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより作成された、該原点座標に置かれたノードから、該第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、該第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行なうことにより、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみが抽出された有効移動経路網を記憶する記憶部と、
上記有効移動経路網に基づいて、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の移動経路を求め、上記ロボットアームを、現在位置から、該第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたロボットアーム制御装置として動作させることを特徴とする。
【００２６】
さらに、本発明のロボットアーム制御プログラムのうちの第２のロボットアーム制御プログラムは、プログラムを実行する演算装置内で実行され、該演算装置を、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置として動作させるロボットアーム制御プログラムであって、
上記演算装置を、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定めることにより作成された、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行うことにより、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみが抽出された有効移動経路網を記憶する記憶部と、
上記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、上記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから上記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたロボットアーム制御装置として動作させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
以上の本発明によれば、ロボットアームを任意の現在位置から任意の目標位置へ移動する移動経路を実時間で簡単に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】人間型ロボットの一例を示す模式図である。
【図２】ロボットアーム１１の移動空間Ｄ０を複数のサブ空間に分割したことを示す模式図である。
【図３】ロボットアームの移動空間を２次元的に表現したときの、第１実施形態の分割方法の説明図である。
【図４】ツリー構造の移動経路網の概念図である。
【図５】ロボットアームを、その先端を下に降ろした原点に移動する様子を示した模式図である。
【図６】第１実施形態の、ロボットアームの移動時のフローチャートである。
【図７】第２実施形態の有効移動経路網を表わした図である。
【図８】第２実施形態のロボットアームの移動時のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３０】
図１は、人間型ロボットの一例を示す模式図である。
【００３１】
ここでは、このロボット１０のアーム１１，１２（代表的に一本のアーム１１を取り扱う）の移動について説明する。
【００３２】
図２は、ロボットアーム１１の移動空間Ｄ０を複数のサブ空間に分割したことを示す模式図である。
【００３３】
以下では、第１実施形態と第２実施形態について説明するが、第１実施形態と第２実施形態とでは分割方法が異なり、ここでは先ず第１実施形態における分割方法について説明する。
【００３４】
図３は、分かり易さのため、ロボットアームの移動空間を２次元的に表現したときの、第１実施形態の分割方法の説明図である。
【００３５】
この第１実施形態では、ロボットアームの移動空間が複数の第１段階のサブ空間に分割され、各第１段階のサブ空間それぞれが複数の第２段階のサブ空間に分割され、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれが複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）される。
【００３６】
この分割方法の一例を図３を参照して具体的に説明する。ここでは、上記のｎはｎ＝３とする。
【００３７】
ここでは、ロボットアームの移動空間Ｄ０が４つの第１段階のサブ空間Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に分割され、各第１段階のサブ空間Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のそれぞれが４つの第２段階のサブ空間に分割される。４つの第１段階のサブ空間Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のうちの１つの第１段階のサブ空間Ｄ１について例示すると、この第１段階のサブ空間Ｄ１が、さらに４つの第２段階のサブ空間Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４に分割される。このような分割により得られた第２段階のサブ空間が、さらにそれぞれ４つずつの第３段階のサブ空間に分割される。例示すると、第２段階の１つのサブ空間Ｄ１１が、４つの第３段階のサブ空間Ｄ１１１，Ｄ１１２，Ｄ１１３，Ｄ１１４に分割される。
【００３８】
このような各段階の分割が行なわれた後、その移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより、原点座標に置かれたノードから、第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網が作成される。
【００３９】
ここでは、各段階の各サブ空間の代表座標として各サブ空間の中心点の座標が採用される。また、移動空間Ｄ０を分割するにあたっては、その移動空間Ｄ０の中心点（代表点）がロボットアーム先端の原点位置となるように、移動空間Ｄ０が定められる。移動空間Ｄ０をこのように定めた結果、移動空間Ｄ０がロボットのボディや他の障害物と重なる位置まで広がっても、後述する干渉チェックでロボットアームの移動経路から排除されるため問題は生じない。
【００４０】
図４は、ツリー構造の移動経路網の概念図である。ここでは図示の煩雑さを避けるため、第２段階のサブ空間まで分割したときの例を示してある。
【００４１】
このツリー構造の各ノードは各サブ空間の中心の座標点を表わしている。
【００４２】
ノードａの位置にあるロボットアームの先端をノードｂに移動させるには、ノードａから移動経路ｒ１を進んで一段階上のサブ空間の中心の座標点に進み、さらに移動経路ｒ２を進んでもう一段階上のサブ空間（ここでは移動空間全体）の中心の座標点（ここでは移動空間の原点の座標点）に進み、さらに移動経路ｒ３を進んで第１段階のサブ空間の中心の座標点に進み、さらに移動経路ｒ４を進んで目標位置であるノードｂ、すなわち第２段階のサブ空間の中心の座標点に進む。
【００４３】
この図４の移動経路上に×印が付されている箇所があるが、この意味については後述する。
【００４４】
ロボットアームの現在位置および目標位置は、ノード上にあるとは限らない。そこで、図３を参照して、ロボットアームの現在位置および目標位置がノード（サブ空間の中心点）にはない場合の移動経路について説明する。
【００４５】
ロボットアームの先端の現在位置がサブ空間Ｄ１１３内のａ点にあり、このロボットアームを、その先端がサブ空間Ｄ３４３内のｂ点に移動するように移動させるものとする。このとき、ロボットアーム先端は、ａ点とサブ空間Ｄ１１３の中心点との間がリニア補間された各点（すなわちａ点とサブ空間Ｄ１１３の中心点とを直線で結んだときのその直線上の各点）を経由してａ点からそのサブ空間Ｄ１１３の中心点に移動し、次にそのサブ空間Ｄ１１３の中心点から一段階上位のサブ空間Ｄ１１の中心点に直線的に移動し、さらに上位のサブ空間Ｄ１の中心点に直線的に移動し、さらにこの移動空間Ｄ０の中心点（原点Ｏ）に直線的に移動し、次にその原点Ｏからサブ空間Ｄ３の中心点まで直線的に移動し、さらに同様にサブ空間Ｄ３４の中心点に直線的に移動し、さらにサブ空間Ｄ３４３の中心点に直線的に移動し、さらにそのサブ空間Ｄ３４３内の目標位置ｂに直線的に移動する。
【００４６】
本発明の第１実施形態では、以上の動きによりロボットアームが任意の現在位置から任意の目標位置に移動する。
【００４７】
次に干渉チェックについて説明する。
【００４８】
以上の説明は、ロボットアームの移動経路上に何らの障害物が存在しない場合に成り立つものであるが、移動経路上にロボットアームの移動を防げる何らかの障害物が存在する場合がある。
【００４９】
そこで、上記のようにして構築したツリー構造の移動経路網が調べられ、接続された２つのノード間の移動経路上に障害物が存在しないかどうか、が事前に調べられる。
【００５０】
図４の×印を付した移動経路は、干渉チェック計算を行なった結果障害物が存在した移動経路であることを表わしている。
【００５１】
ここでは、２つのノードを結ぶ移動経路全てについて干渉チェックが行なわれて、障害物が存在した移動経路の先にある全てのノード（図４にハッチングを施したノード）が取り除かれ、有効な移動経路のみからなるツリー構造の移動経過網が再構築される。
【００５２】
ロボットアームの移動を制御する制御装置には、以上のようにして生成された有効移動経路網が記憶され、ロボットアームの移動にあたっては、その有効移動経路網が参照され、ロボットアームが、障害物との干渉が生じない領域間でのみ、上記の説明のとおりに移動するように制御される。
【００５３】
図５は、ロボットアームを、その先端を下に降ろした原点に移動する様子を示した模式図である。
【００５４】
この第１実施形態では、原点をルートノードとしたツリー構造の有効移動経路網が生成され、ロボットアームはその有効移動経路網に従って移動するため、ロボットアームは、離れた位置に移動するときは、現在位置から一旦原点に移動し、その原点から目標位置に向かって動くことになる。
【００５５】
図６は、第１実施形態の、ロボットアームの移動時のフローチャートである。
【００５６】
先ず、現在位置（移動空間上の現在の座標）を取得し（ステップＳ０１）、有効移動経路網が定義された階層ツリーに基づいて経路探索を行ない（ステップＳ０２）、現在位置に最も近いノードから目標位置に最も近いノードへの経路が作成される（ステップＳ０３）。この経路の作成に失敗したときはロボットアームを移動させずにそのまま終了するが（ステップＳ０４）、この経路の作成に成功したときは、現在位置から最も近いノードへ移動し（ステップＳ０５）、作成した経路に沿い、第１のノードから第２のノードまで、順次接続されたノード間をリニア補間で移動し（ステップＳ０６）、第２のノードから目標位置へ移動する（ステップＳ０７）。
【００５７】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
【００５８】
図７は、第２実施形態の有効移動経路網を表わした図である。
【００５９】
ここでは、分かり易さのため２次元的な経路を示している。
【００６０】
第２実施形態では、ロボットアームの移動空間が多数のサブ空間に分割されるが、この第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、多段階には分割せずに、比較的細かな１段階にのみ分割され、各サブ空間の中心点にノードが配置され、全てのノードについて、２つのノードを結ぶ移動経路が一旦作成され、全ての移動経路について干渉チェックが行なわれ、干渉が生じた移動経路は取り除かれて有効移動経路網が作成される。
【００６１】
この図６では、一点鎖線の領域に障害物が存在し、その障害物を避けた領域にのみ移動経路を有する有効移動経路網が形成されている。
【００６２】
図８は、第２実施形態のロボットアームの移動時のフローチャートである。図６に示す第１実施形態のロボットアームの移動時のフローチャートとの相違点について説明する。
【００６３】
ステップＳ１１〜Ｓ１３では、図７に示す有効移動経路網上で現在位置に最も近い第１のノードと目標位置に最も近い第２のノードとの間の移動経路の探索が行なわれ、それらのノード間での移動距離が最短の移動経路が作成される。
【００６４】
その最短の移動経路が作成されると（ステップＳ１４）、その後は、その移動経路に従ってロボットアームが現在位置から目標位置まで移動される（ステップＳ１５〜Ｓ１７）。
【００６５】
以下、本発明の各種形態を付記する。
【００６６】
（付記１）
ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成方法において、
ロボットアームの移動空間を複数の第１段階のサブ空間に分割し、各第１段階のサブ空間それぞれを複数の第２段階のサブ空間に分割し、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれを複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）して、該移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより、該原点座標に置かれたノードから、該第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、該第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網を作成する移動経路網作成ステップと、
前記移動経路網作成ステップで作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算ステップとを有することを特徴とする移動経路生成方法。
【００６７】
（付記２）
前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、現在位置から、該現在位置に最近接した第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して目標位置に最近接した第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動ステップをさらに有することを特徴とする付記１記載の移動経路生成方法。
【００６８】
（付記３）
ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成方法において、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定め、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を作成する移動経路網作成ステップと、
前記移動経路網作成ステップで作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算ステップとを有することを特徴とする移動経路生成方法。
【００６９】
（付記４）
前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、前記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動ステップをさらに有することを特徴とする付記３記載の移動経路生成方法。
【００７０】
（付記５）
ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成装置において、
ロボットアームの移動空間を複数の第１段階のサブ空間に分割し、各第１段階のサブ空間それぞれを複数の第２段階のサブ空間に分割し、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれを複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）して、該移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより、該原点座標に置かれたノードから、該第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、該第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網を作成する移動経路網作成部と、
前記移動経路網作成部で作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算部とを備えたことを特徴とする移動経路生成装置。
【００７１】
（付記６）
前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、現在位置から、該現在位置に最近接した第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して目標位置に最近接した第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部をさらに備えたことを特徴とする付記５記載の移動経路生成装置。
【００７２】
（付記７）
ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成装置において、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定め、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を作成する移動経路網作成部と、
前記移動経路網作成部で作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算部とを備えたことを特徴とする移動経路生成装置。
【００７３】
（付記８）
前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、前記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部をさらに備えたことを特徴とする付記７記載の移動経路生成装置。
【００７４】
（付記９）
プログラムを実行する演算装置で実行され、該演算装置を、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成装置として動作させる移動経路生成プログラムであって、
前記演算装置を、
ロボットアームの移動空間を複数の第１段階のサブ空間に分割し、各第１段階のサブ空間それぞれを複数の第２段階のサブ空間に分割し、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれを複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）して、該移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより、該原点座標に置かれたノードから、該第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、該第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網を作成する移動経路網作成部と、
前記移動経路網作成部で作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算部とを備えた移動経路生成装置として動作させることを特徴とする移動経路生成プログラム。
【００７５】
（付記１０）
前記演算装置を、前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、現在位置から、該現在位置に最近接した第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して目標位置に最近接した第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部をさらに備えた移動経路生成装置として動作させることを特徴とする付記９記載の移動経路生成プログラム。
【００７６】
（付記１１）
プログラムを実行する演算装置内で実行され、該演算装置を、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動経路を生成する移動経路生成として動作させる移動経路生成プログラムであって、
前記演算装置を、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定め、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を作成する移動経路網作成部と、
前記移動経路網作成部で作成された移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行ない、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみを抽出した有効移動経路網を作成する干渉演算部とを備えた移動経路生成装置として動作させることを特徴とする移動経路生成プログラム。
【００７７】
（付記１２）
前記演算装置を、前記ロボットアームを現在位置から目標位置に移動させるにあたり、前記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部をさらに備えた移動経路生成装置として動作させることを特徴とする付記１１記載の移動経路生成プログラム。
【００７８】
（付記１３）
ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置において、
ロボットアームの移動空間を複数の第１段階のサブ空間に分割し、各第１段階のサブ空間それぞれを複数の第２段階のサブ空間に分割し、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれを複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）して、該移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより作成された、該原点座標に置かれたノードから、該第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、該第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行なうことにより、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみが抽出された有効移動経路網を記憶する記憶部と、
前記有効移動経路網に基づいて、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の移動経路を求め、前記ロボットアームを、現在位置から、該第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたことを特徴とするロボットアーム制御装置。
【００７９】
（付記１４）
ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置において、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定めることにより作成された、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行うことにより、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみが抽出された有効移動経路網を記憶する記憶部と、
前記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたことを特徴とするロボットアーム制御装置。
【００８０】
（付記１５）
プログラムを実行する演算装置で実行され、該演算装置を、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置として動作させるロボットアーム制御プログラムであって、
前記演算装置を、
ロボットアームの移動空間を複数の第１段階のサブ空間に分割し、各第１段階のサブ空間それぞれを複数の第２段階のサブ空間に分割し、以下同様に、各第ｎ−１段階のサブ空間それぞれを複数の第ｎ段階のサブ空間に分割（但し、ｎは２以上の整数）して、該移動空間全体の代表座標である原点座標、および、各第１段階のサブ空間それぞれ、各第２段階のサブ空間それぞれ、…、各第ｎ段階のサブ空間それぞれの各代表座標を定めることにより作成された、該原点座標に置かれたノードから、該第１段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、該第２段階のサブ空間の代表座標に置かれたノード、…、第ｎ段階のサブ空間の代表座標に置かれたノードへと順次繋がる移動経路からなるツリー構造の移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行なうことにより、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみが抽出された有効移動経路網を記憶する記憶部と、
前記有効移動経路網に基づいて、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の移動経路を求め、前記ロボットアームを、現在位置から、該現在位置に最近接した第１のノードに移動させ、該第１のノードに順次接続されたノードを経由して目標位置に最近接した第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたロボットアーム制御装置として動作させることを特徴とするロボットアーム制御プログラム。
【００８１】
（付記１６）
プログラムを実行する演算装置内で実行され、該演算装置を、ロボットアームの、現在位置から目標位置への移動を制御するロボットアーム制御装置として動作させるロボットアーム制御プログラムであって、
前記演算装置を、
ロボットアームの移動空間を複数のサブ空間に分割したときの各サブ空間の代表座標を定めることにより作成された、各代表座標に置かれた各ノードどうしを結ぶ移動経路からなる移動経路網を構成する各移動経路について、ロボットアームと、該ロボットアームの移動の障害となる障害物との間の干渉チェックを行うことにより、該移動経路網から干渉を免れた有効な移動経路のみが抽出された有効移動経路網を記憶する記憶部と、
前記有効移動経路網から、現在位置に最近接した第１のノードと目標位置に最近接した第２のノードとの間の最短移動経路を求め、前記ロボットアームを、該現在位置から該第１のノードに移動させ、該第１のノードから前記最短移動経路を経由して該第２のノードに移動させ、該第２のノードから該目標位置に移動させるアーム移動制御部とを備えたロボットアーム制御装置として動作させることを特徴とするロボットアーム制御プログラム。
【符号の説明】
【００８２】
１０    ロボット
１１，１２    ロボットアーム
【図１】
0005403086.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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