(57)【要約】【課題】  簡単な構成で種々の形状のワークに汎用的に対応することができるロボットハンドを実現する。【解決手段】  ロボットハンド１４は、本体４０と、本体４０に接続されていて本体４０に対して回動する下回動部４３、４４と、本体４０に接続されていて本体４０に対して回動する内側部と、その内側部に接続されていて内側部に対して回動する外側部４６、８９を持つ上回動部４１、４２を１対備えている。下回動部４３、４４と内側部は、回動して接近することによってワークを把持する。外側部４６、８９は、下回動部４３、４４と内側部がワークを把持している状態で、回動して下回動部４３、４４に接近することによって、下回動部４３、４４との間で前記ワークを把持する。【選択図】  図２
2006346791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
本体に接続されていて本体に対して回動する下回動部と、
本体に接続されていて本体に対して回動する内側部と、その内側部に接続されていて内側部に対して回動する外側部を持つ上回動部を１対備えており、
下回動部と内側部は、回動して接近することによってワークを把持し、
外側部は、下回動部と内側部がワークを把持している状態で、回動して下回動部に接近することによって、下回動部との間で前記ワークを把持するロボットハンド。
【請求項２】
下回動部は柱状部を１対持っており、柱状部の先端面と内側部が接近可能であり、柱状部の側面に外側部が接近可能である請求項１のロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットのロボットハンドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、本体と、５本の把持手段を有するロボットハンドが開示されている。各把持手段は、本体に接続されて回動する第１フィンガーと、第１フィンガーに接続されて回動する第２フィンガーを持っている。このロボットハンドは、５本の把持手段を有することによって、複雑な形状のワークを把持することができると記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２８１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されているような、第１フィンガーと第２フィンガーを持つ把持手段を５本も有するロボットハンドは、いかにも構成が複雑である。
本発明は、その問題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で種々の形状のワークに汎用的に対応することができるロボットハンドを実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のロボットハンドは、本体と、下回動部と、上回動部を１対備えている。下回動部は、本体に接続されていて本体に対して回動する。上回動部は、本体に接続されていて本体に対して回動する内側部と、その内側部に接続されていて内側部に対して回動する外側部を持っている。下回動部と内側部は、回動して接近することによってワークを把持する。外側部は、下回動部と内側部がワークを把持している状態で、回動して下回動部に接近することによって、下回動部との間で前記ワークを把持する。
このロボットハンドは、下回動部と一方の内側部によって小さなワークを把持することもできるし、下回動部と両方の内側部によってさらに大きなワークを把持することもできる。さらに複雑な形状のワークに対しては、下回動部と内側部がワークを把持している状態で、一方あるいは両方の外側部でワークを把持することができる。すなわち、下回動部と一対の上回動部のみが動作するという簡単な構成で、種々の形状のワークに汎用的に対応することができる。
なお、上回動部や下回動部の「上」や「下」は、相対的位置関係を示すためのものであり、ロボットハンドの上下に必ずしも対応するものではない。
【０００６】
上記のロボットハンドにおいて、下回動部は柱状部を１対持っており、柱状部の先端面と内側部が接近可能であり、柱状部の側面に外側部が接近可能であることが好ましい
このロボットハンドは、下回動部の柱状部の先端面と側面を利用して、複雑な形状（例えば、折れ曲がった形状）のワークを確実に把持することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のロボットハンドは、簡単な構成で種々の形状のワークに汎用的に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（１）ロボットは、アームリンク、ロボットハンド、カメラ部、画像認識機、ティーチングペンダント、コントローラを備えている。アームリンクは、複数のリンク部材が関節によって接続されている。ロボットハンドは、アームリンクの先端に取り付けられている。カメラ部は、カメラと、カメラをロボットハンドに固定するアームを有している。画像認識機は、カメラが撮影した画像を認識する。ティーチングペンダントは、コントローラに接続されており、ロボットに教示するときに用いる。コントローラは、アームリンクとロボットハンドを制御する。
（２）ロボットハンドは、第１上フィンガー部、ケーシング、第２上フィンガー部、第１下フィンガー部、第２下フィンガー部、下フィンガー駆動部を備えている。各フィンガー部が動作することによって、種々の形状のワークを確実に把持することができる。各フィンガー部には、ワークを把持するときに、ワークと接触するパッドが設けられている。パッドは、ワークに倣って姿勢変化する。
（３）ロボットは、ワークにマーキングされている３本の線分と１つの特徴点を画像認識することによって、ワークの位置と姿勢を演算する。そのときに、ワークを撮影するカメラの位置は、アームリングの軸値に基づいて演算される。このため、再生時に、カメラは教示時と同じポイントでワークを撮影する必要がない。従って、ロボットハンドは、再生時に、教示ポイントよりも内回りで移動することができ、サイクルタイムが短縮化されている。
（４）ロボットハンド１４がワークを把持するときには、両指でワークを摘む場合と、片指でワークを摘む場合と、両指でワークを掴む場合と、片指でワークを掴む場合しか存在しない。そのため、それら４つの場合にワークを把持する力を予め設定しておき、それらの力に対応した４つのボタンをティーチングペンダントに設ける。よって、ロボットハンドに対するワーク把持時に係る教示を容易に行うことができる。
【実施例】
【０００９】
本発明のロボットに係る実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、ロボット１０は、アームリンク１２、ロボットハンド１４、カメラ部１５、画像認識機（画像処理手段）１７、ティーチングペンダント２７、コントローラ１６を備えている。
アームリンク１２は、基台２０、第１リンク部材２１、第２リンク部材２２、第３リンク部材２３、第４リンク部材２４、第５リンク部材２５、第６リンク部材２６、第１関節３１、第２関節３２、第３関節３３、第４関節３４、第５関節３５、第６関節３６、第７関節３７を有している。基台２１と第１リンク部材２１は、第１関節３１によって接続されている。同様に、第１リンク部材２１〜第６リンク部材２６も、第２関節３２〜第６関節３６の各々によって接続されている。第１関節３１〜第７関節３７は、図示しない駆動機構に駆動されて回動する。ロボットハンド１４は、第７関節３７によって、第６リンク部材２６に接続されている。
カメラ部１５は、カメラ１８とアーム１９を有している。カメラ１８は、デジタルカメラであり、アーム１９を介してロボットハンド１４に固定されている。
画像認識機１７は、カメラ１８が撮影した画像を認識する。ティーチングペンダント２７は、コントローラ１６に接続されており、教示者が操作することによって、ロボット１０に種々の教示を行うことができる。コントローラ１６は、格納している制御プログラムと、画像認識機１７が画像認識したデータと、ティーチングペンダント２７から入力された教示内容に基づいて、アームリンク１２とロボットハンド１４を制御する。
【００１０】
図２に示すように、ロボットハンド１４は、第１上フィンガー部４１、ケーシング４０、第２上フィンガー部４２、第１下フィンガー部４３、第２下フィンガー部４４、下フィンガー駆動部４８（図２には図示せず。図３、図９に図示）を備えている。なお、ここで「上、下」とは、相対的な位置関係を示しており、ロボットハンド１４の「上、下」を意味しない。
図３に示すように、第１上フィンガー部４１は、ケーシング４０から突き出すように配置されており、第１アクチュエータ４５と、第１上指先部４６と、第１中間指先部４７を有している。
図４に示すように、第１アクチュエータ４５は、本体５０、フィンガー５１、ブラケット５２から構成されている。
図５に示すように、本体５０は、モータ５３、本体ハウジング５４、第１傘歯車５５、ベアリング５８、６０、シャフト５７、第２傘歯車５６を備えている。モータ５３は、本体ハウジング５４に取り付けられている。第１傘歯車５５は、モータ５３の駆動軸６１に固定されている。ベアリング５８、６０は、本体ハウジング５４に装着されており、シャフト５７を回動可能に支持している。第２傘歯車５６は、シャフト５７に固定されているとともに、第１傘歯車５５と噛み合っている。
【００１１】
フィンガー５１は、モータ６２、フィンガーハウジング６３、第３傘歯車６４、ベアリング６５、６６、シャフト６７、第４傘歯車７１を有している。フィンガーハウジング６３は、その一端部５９が、本体ハウジング５４から突き出しているシャフト５７に固定されている。モータ６２は、フィンガーハウジング６３に取り付けられている。第３傘歯車６４は、モータ６２の駆動軸７０に固定されている。ベアリング６５、６６はフィンガーハウジング６３に装着されており、シャフト６７を回動可能に支持している。第４傘歯車７１は、シャフト６７に固定されているとともに、第３傘歯車６４と噛み合っている。ブラケット５２は、シャフト６７の両端部に固定されている。
本体５０のモータ５３が駆動されると、第１傘歯車５５と第２傘歯車５６を介してシャフト５７が回動することにより、フィンガー５１がブラケット５２とともに回動する。フィンガー５１とブラケット５２は、モータ５３の駆動軸６１の回転方向によって、一方向に回動したり、他方向に回動したりする。フィンガー５１のモータ６２が駆動されると、第３傘歯車６４と第４傘歯車７１を介してシャフト６７が回動することにより、ブラケット５２が回動する。ブラケット５２は、モータ６２の駆動軸７０の回転方向によって、一方向に回動したり、他方向に回動したりする。モータ５３とモータ６２は、コントローラ１６によって制御される。
【００１２】
図３に示すように、第１上指先部４６は、第１アクチュエータ４５のブラケット５２に取り付けられている。図６に示すように、第１上指先部４６は、ホルダー７４、パッド受け７５、パッド７６、パッド押え７７を備えている。ホルダー７４には、凹部７９が形成されている。凹部７９の平面形状（深さ方向に視た形状）は円状である。パッド受け７５は、凹部７９内に配置されている。パッド受け７５には、部分球面状に形成された凹所８０が設けられている。パッド７６は、内方部８１と、外方部８３と、内方部８１と外方部８３を結ぶ軸部８２を持っている。パッド７６の内方部８１には、パッド受け７５の凹所８０に対応した形状（すなわち、部分球面状）を有する凸所８６が設けられている。パッド押え７７は、板状の部材が屈曲した形状を有しており、スクリュウ７８によって、ホルダー７４に取り付けられている。
図７に示すように、パッド押え７７の一方側の端部８５には切欠き８４が設けられている。パッド７６の軸部８２は、切欠き８４を通過している。パッド７６の内方部８１がパッド押え７７の端部８５に部分的に覆われることによって、パッド７６がホルダー７４の凹部７９から抜け出すのが禁止されている。
パッド７６は、その外方部８３に外力が作用すると、図８に示すように、パッド押え７７の端部８５が変形するとともに、パッド受け７５の凹所８０とパッド７６の内方部８１の凸所８６が摺動し、姿勢が変化する。
図３に示すように、第１中間指先部４７は、ホルダー９０とパッド９１を有している。ホルダー９０は、フィンガーハウジング６３に固定されている。パッド９１は、第１上指先部４６と同様な構成によって、姿勢変化が可能である。
【００１３】
図９に示すように、第２上フィンガー部４２は、第２アクチュエータ８８と、第２上指先部８９と、第２中間指先部９２を備えている。第２アクチュエータ８８は、第１アクチュエータ４５と同様の構成を有している。第２上指先部８９は、ホルダー９６とパッド９５を持っている。第２中間指先部９２は、ホルダー９３とパッド９４を持っている。パッド９４、９５は、第１上指先部４６と同様な構成によって姿勢変化が可能である。
【００１４】
図３に示すように、下フィンガー駆動部４８は、モータ１０１、ウォームギア１０２、シャフト１０４、ウォームホイール１０３を備えている。モータ１０１は、その一部が第１アクチュエータ４５と第２アクチュエータ８８（図２参照）との間に配置された状態で、ケーシング４０に固定されている。ウォームギア１０２は、モータ１０１の駆動軸１０６に固定されている。シャフト１０４は、ケーシング４０に装着されているベアリング（図示省略）によって、回動可能に支持されている。ウォームホイール１０３は、シャフト１０４に取り付けられているとともに、ウォームギア１０２と噛み合っている。
【００１５】
第１下フィンガー部４３は、第１下フィンガー１１０、第１下指先部１１１を有している。第１下フィンガー１１０は、略Ｌ字状に形成されており、一端部１１２が下フィンガー駆動部４８のシャフト１０４に固定されている。第１下指先部１１１は、第１下フィンガー１１０の他端部１１３に取り付けられている。第１下指先部１１１は、ホルダー１１４と、ホルダー１１４に装着されたパッド１１５、１１６を有している。パッド１１５、１１６は、第１上指先部４６と同様な構成によって、姿勢変化が可能である。
図９に示すように、第２下フィンガー部４４は、第２下フィンガー１２１、第２下指先部１２２を有している。第２下フィンガー１２１は、その一端部１２３が下フィンガー駆動部４８のシャフト１０４に固定されている。第２下指先部１２２は、第２下フィンガー１２１の他端部１２４に取り付けられている。第２下指先部１２２は、ホルダー１２８と、ホルダー１２８に装着されたパッド１２６、１２７を有している。パッド１２６、１２７は、第１上指先部４６と同様の構成によって、姿勢変化が可能である。
ホルダー１１４、１２８が、請求項に記載の柱状部に相当する。
下フィンガー駆動部４８のモータ１０１が駆動されると、ウォームギア１０２とウォームホイール１０３を介してシャフト１０４が回動する。シャフト１０４が回動すると、それに固定されている第１下フィンガー部４３と第２下フィンガー部４４が一体で回動する。第１下フィンガー部４３と第２下フィンガー部４４は、モータ１０１の駆動軸１０６の回転方向によって、一方向に回動したり、他方向に回動したりする。モータ１０１は、コントローラ１６によって制御される。
【００１６】
第１上フィンガー部４１、第２上フィンガー部４２、第１下フィンガー部４３、第２下フィンガー部４４の動作について説明する。
図１０は、第１上フィンガー部４１と第１下フィンガー部４３が離反するとともに、第２上フィンガー部４２と第２下フィンガー部４４が離反した状態（ロボットハンド１４が開いた状態）を示している（第２上フィンガー部４２と第２下フィンガー部４４は、それぞれ第１上フィンガー部４１と第２上フィンガー部４２の裏に隠れている）。
図１１は、第１中間指先部４７のパッド９１と第１下指先部１１１のパッド１１５が対向し、第２中間指先部９２のパッド９４と第２下指先部１２２のパッド１２６が対向した状態で、それらが板状のワーク１３０を摘んでいる状態を示している（第２中間指先部９２等は、第１中間指先部４７等の裏に隠れている）。
図１２は、第１中間指先部４７のパッド９１と第１下指先部１１１のパッド１１５が板状のワーク１３０を摘んでいる状態を示している。第２上フィンガー部４２と第２下フィンガー部４４は、離反している。
【００１７】
図１３は、ロボットハンド１４が、断面がＬ字状のワーク１３１を掴んでいる状態を示している。この状態では、第１中間指先部４７のパッド９１と第１下指先部１１１のパッド１１５、第１上指先部４６のパッド７６と第１下指先部１１１のパッド１１６、第２中間指先部９２のパッド９４と第２下指先部１２２のパッド１２６、第２上指先部８９のパッド９５と第２下指先部１２２のパッド１２７が対向している（第２中間指先部９２等は、第１中間指先部４７等の裏に隠れている）。
図１４は、第１中間指先部４７のパッド９１と第１下指先部１１１のパッド１１５が対向し、第１上指先部４６のパッド７６と第１下指先部１１１のパッド１１６が対向した状態で、それらが断面がＬ字状のワーク１３１を掴んでいる状態を示している。第２上フィンガー部４２と第２下フィンガー部４４は離反している。
以下においては、特に必要がない限り、ロボットハンド１４がワークを摘んでいる状態と、ワークを掴んでいる状態を、「把持」と記載する。
【００１８】
ロボットハンド１４は、パッド７６、９１、９４、９５、１１５、１１６、１２６、１２７が姿勢変化可能なことによって、種々の形状のワークを確実に把持することができる。それについて、ロボットハンド１４が、第１中間指先部４７のパッド９１、第２中間指先部９２のパッド９４、第１下指先部１１１のパッド１１５、第２下指先部１２２のパッド１２６を用いてワークを把持する場合で代表して説明する。
図１５に示すように、ロボットハンド１４が平板状のワーク１３３を把持する場合、パッド９１、９４、１１５、１２６は、中立位置（図６に示す位置）で、ワーク１３３に当接する。
図１６に示すように、ロボットハンド１４が曲面状のワーク１３４を把持する場合、パッド９１、９４、１１５、１２６は、ワーク１３４の形状に倣うように姿勢変化（傾く）する。よって、ロボットハンド１４は、ワーク１３４を確実に把持する。
図１７に示すように、ロボットハンド１４が、面同士が傾斜しているワーク１３５を把持する場合でも、パッド９１、１１５が姿勢変化してワーク１３５の形状に倣う。従って、ワーク１３５はロボットハンド１４によって確実に把持される。
パッド７６、９１、９４、９５、１１５、１１６、１２６、１２７を設けず、ホルダー７４、９０、９３、９６、１１４、１２８が直接ワークを把持するように構成することもできる。
以下においては、特に必要がない限り、ロボット１０における、動作の制御、ワークの画像認識、動作の教示に係る説明を行うときに、それらがそれぞれコントローラ１６、画像認識機１７、ティーチングペンダント２７によって実行されることについて、記載を省略する。
【００１９】
図１８は、ロボットハンド１４の移動経路１４５と、教示ポイントＴＰ１〜ＴＰ５を模式的に示している。移動経路１４５とは、ロボットハンド１４の所定の基準点が移動する経路である。教示ポイントＴＰ１〜ＴＰ５とは、ロボットハンド１４に移動する経路等を教示するポイントである。ロボットハンド１４は、３次元的に移動するが、図１８では、２次元的に移動するものとして図示している。
ロボットハンド１４は、移動経路１４５やワークの把持やセットに係る動作等を教示された後に、教示されたように、待機位置から移動して置き台に置かれているワークを把持し、ワークを把持した状態でセット対象（例えば、治具。以下、セット対象を「治具」と記載する）まで移動してからワークを治具にセットし、それから待機位置に戻る一連の動作を実行する。以下においては、教示されたように動作することを「再生」と言う。ロボットハンド１４は、再生時に、移動経路１４５に沿って移動する。
図１８から明らかなように、ロボットハンド１４は、移動する途中で、教示ポイントＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４を通過しない。ロボットハンド１４は、教示された教示ポイントＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４よりも内回りな移動経路１４５に沿って移動する。このため、ロボット１０のサイクルタイム（移動経路１４５に沿って教示ポイントＴＰ１→ＴＰ５まで移動し、さらに教示ポイントＴＰ５→ＴＰ１まで直接戻る時間）が短縮化されている（図１８では、教示ポイントＴＰ５→ＴＰ１に直接戻る移動経路の図示を省略している）。図１８では、ＴＰ１がロボットハンド１４の待機位置に相当し、ＴＰ３がロボットハンド１４がワークを把持する位置（把持位置）に相当し、ＴＰ５がロボットハンド１４が治具にワークをセットする位置（セット位置）に相当する。
【００２０】
ロボット１０には、カメラ１８でワークを撮影して画像認識することによって、ワークの位置と姿勢を予め教示しておく。詳しくは、ロボットハンド１４を、待機位置から把持位置まで移動させる途中の位置（例えば、教示ポイントＴＰ２）と、把持位置からセット位置まで移動させる途中の位置（例えば、ＴＰ４）で停止させ、それらの位置での画像認識結果によって、ワークの位置と姿勢を教示する。以下においては、ロボットハンド１４が、待機位置から把持位置までの途中で停止し、カメラ１８でワークを撮影するときの位置を「教示時撮影位置（把持前）」と記載する。また、ロボットハンド１４が、把持位置から治具までの途中で停止し、カメラ１８でワークを撮影するときの位置を「教示時撮影位置（把持後）」と記載する。
ロボットハンド１４が教示ポイントよりも内回りの経路を移動すると、ロボットハンド１４は、再生時に、教示時撮影位置（把持前）と教示時撮影位置（把持後）を通過しない。このため、教示時撮影位置（把持前）と教示時撮影位置（把持後）を中心とする所定径の球を空間上に設定しておき、その球にロボットハンド１４の基準点が入り込むと、それぞれの位置でカメラ１８を用いてワークを撮影する。前者の位置を再生時撮影位置（把持前）、後者の位置を再生時撮影位置（把持後）とする。つまり、教示時撮影位置（把持前）と再生時撮影位置（把持前）と、教示時撮影位置（把持後）と再生時撮影位置（把持後）は、一致しない。
【００２１】
ワークの位置や姿勢を把握（演算）する技術について、具体的に説明する。図１９に示すように、ワーク１４０には、特徴点Ｇ、線分１４１、１４２、１４３をマーキングしておく。マーキングは、例えば、テーキン（刻印）によって行う。線分１４１、１４２、１４３は、端同士が交わらないようにマーキングされている。線分１４１、１４２、１４３のそれぞれの両端を延長すると，直角三角形が形成される。
テーキンによって線分１４１、１４２、１４３をマーキングする場合、それらが交わっていると、その交点を起点としてクラックが入ることがある。線分１４１、１４２、１４３を交わらせないことによって、ワーク１４０にクラックが入るのが防止されている。
図１９では、特徴点Ｇは、図示明瞭化のため「×」を正方形が囲む形状に図示されているが、実際には「×」のみがマーキングされている。
【００２２】
上述したように、教示時撮影位置（把持前）と再生時撮影位置（把持前）と、教示時撮影位置（把持後）と再生時撮影位置（把持後）は、一致しない。また、再生時に、置き台に置かれているワークの位置や姿勢が通常と異なっていることもある。ロボットハンド１４が把持しているワークの姿勢は、教示時のそれと一致しているとは限らない。ロボットハンド１４がワークを教示時と同じように把持したとしても、その後に、ワークが重い等の要因によって、ワークが把持されたままズレてしまうことがあるからである。さらには、アームリンク１２には、機械的ガタや変形が存在する。
これらの要因から、教示時と再生時とで、画像認識によって把握されるワークの位置や姿勢が異なってくる。
【００２３】
図２０は、カメラ１８を用いてワーク１４０を撮影する状態を模式的に示している。ワーク１４０の位置と姿勢を認識するに当たっては、座標原点１６４を持つｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなるカメラ座標系を設定する。座標原点１６４は、カメラ１８の視野に対して固定されている。カメラ座標系は、基準点（例えば、基台２０のベース基準点１５０）に対して固定されている絶対空間座標系に対して移動する。
再生時に、カメラ１８が撮影したワーク１４０の画像を認識するときには、ワーク１４０の特徴点Ｇａ（以下においては、再生時に画像認識された特徴点を「Ｇａ」、教示時に画像認識された特徴点を「Ｇ」と記載する）を探索する。図２１は、特徴点Ｇａが探索された状態を図示している。特徴点Ｇａが探索されたことによって、そのｘ軸座標とｙ軸座標（ｘａ、ｙａ）を求める（演算する）ことができる。
そして、画像認識結果から、ベクトルの向きが異なる線分を探索する。図２２は、線分１４１、１４２、１４３がベクトルの向きが異なる線分として探索された状態を示している。
図２３に示すように、探索された線分１４１、１４２、１４３を延長することによって、頂点「Ｓ、Ｔ、Ｕ」を持つ三角形（以下「三角形ＳＴＵ」と言う）を設定する。そして、頂点「Ｓ、Ｔ、Ｕ」の各位置座標「Ｓ（ｘＳ、ｙＳ）、Ｔ（ｘＴ、ｙＴ）、Ｕ（ｘＵ、ｙＵ）」を求める。
【００２４】
図２４に示すように、再生時の特徴点Ｇａと教示時の特徴点Ｇの位置座標を比較することによって、特徴点Ｇａと特徴点Ｇのズレ△Ｇを求める。具体的には、教示時の特徴点Ｇの位置座標を（ｘ０、ｙ０）とすると、ズレ△Ｇは次のようになる。
△Ｇ＝（ｘ０−ｘａ、ｙ０−ｙａ）；
なお、図２４に示す頂点「ｓ、ｔ、ｕ」を有する三角形（以下「三角形ｓｔｕ」と言う）は、教示時に画像認識された線分１４１、１４２、１４３を延長することによって得られたものである。従って、三角形ｓｔｕの頂点「ｓ、ｔ、ｕ」の各位置座標「ｓ（ｘｓ，ｙｓ），ｔ（ｘｔ，ｙｔ），ｕ（ｘｕ，ｙｕ）」は既知である。
図２５に示すように、再生時の特徴点Ｇａと教示時の特徴点Ｇを合致させた状態で、再生時に画像認識された三角形ＳＴＵと、教示時に画像認識された三角形ｓｔｕがなす角度「θａｚ」を、下式によって求める。
θａｚ＝ａｒｃｔａｎ（Ｆ）−ａｒｃｔａｎ（Ｇ）；
Ｆ＝（ｙｔ−ｙｓ）／（ｘｔ−ｘｓ）；
Ｇ＝（ｙＴ−ｙＳ）／（ｘＴ−ｘＳ）；
【００２５】
図２６は、三角形ｓｔｕを角度θａｚだけ反時計方向に回転した状態を示している。その状態では、三角形ｓｔｕと三角形ＳＴＵは相似形でない。そこで、三角形ＳＴＵの線分ＳＴをｘ軸廻りに角度θａｘ回転することによって、三角形ｓｔｕと三角形ＳＴＵを相似形にする。図２７は、その状態を示している。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は直交座標系なので、「θａｙ」は、既に求められている「θａｘ」と「θａｚ」に従属する。すなわち、θａｙ＝ｆ（θａｘ、θａｚ）である。よって、「θａｙ」が求まる。
なお、教示時に、特徴点Ｇのｚ軸方向の位置座標「ｚ０」は、予めインプットされている。このため、「ｚ０」と、図２７に示す状態における三角形ｓｔｕと三角形ＳＴＵの大きさの比から、再生時の特徴点Ｇａのｚ軸方向の位置座標「ｚａ」が求まる。
以上から、ワーク１４０の位置と姿勢が（ｘａ、ｙａ、ｚａ、θａｘ、θａｙ、θａｚ）として求まる。（ｘａ、ｙａ、ｚａ、θａｘ、θａｙ、θａｚ）は、６次元のベクトルとして表すことができ、後述する「ベクトルＦ１」に相当する。
２台のカメラ（ステレオカメラ）でワークを撮影することにより、再生時の特徴点Ｇａの位置座標「ｚａ」を求めることもできる。このようにすると、教示時に特徴点Ｇの位置座標「ｚ０」をインプットする必要がなくなる。
特徴点Ｇ、Ｇａをマーキングしなくてもよい。特徴点Ｇ、Ｇａをマーキングしなくても、線分の交点（例えば、頂点Ｓや頂点ｓ）を特徴点として利用することができる。
マーキングする線分は、２本のみであってもよい。例えば、線分１４１と線分１４３から略Ｖ字状の図形を形成し、その図形からワーク１４０の姿勢を求めてもよい。
ワークが曲面状であっても、マーキングする線分を短くすることによって、ワークが姿勢変化しても、その線分を実質的に直線として画像認識することができる。
【００２６】
教示時撮影位置（把握前）と再生時撮影位置（把握前）が一致せず、置き台に置かれているワークの位置や姿勢が教示時と同じとは限らない等の要因によって、ロボット１０は、再生時に教示時と異なる経路でワークに向かって移動し、ワークを把持しなければならない。以下、再生時に、ロボットハンド１４がワークに向かって移動するにあたって、その移動するべき位置を求める技術について説明する。
図２８に示すように、ロボットハンド１４がワーク１５５に向かって移動するべき位置を求めるときには、ベクトルＲ０、Ｒ１、Ｆ０、Ｆ１、Ａ、Ｔ１を用いる。ベクトルＲ０、Ｒ１、Ｆ０、Ｆ１、Ａ、Ｔ１は、絶対空間座標系に対して設定されている。ベクトルＲ０は、基台２０内に設定されているベース基準点１５０から教示時撮影位置（把持前）でのカメラ１８のカメラ基準点位置１５２に延びている。ベクトルＲ１は、ベース基準点１５０から再生時撮影位置（把持前）でのカメラ１８のカメラ基準点位置１５６に延びている。ベクトルＲ０とベクトルＲ１は、関節３１〜３７の軸値（回動角度）に基づいてカメラ基準点位置１５２、１５６を演算することによって求められる。
ベクトルＦ０は、教示時に、教示時撮影位置（把持前）でワーク１５５を画像認識した結果から教示されたものであり、カメラ基準点位置１５２から教示時のワーク１５５に向かって延びている。ベクトルＦ０は、ワークの位置と姿勢（ｘ０、ｙ０、ｚ０、θ０ｘ、θ０ｙ、θ０ｚ）に係る情報を持つ６次元のベクトルである。
ベクトルＦ１は、再生時に、再生時撮影位置（把持前）でワーク１５５を画像認識することによって演算されたものであり、カメラ基準点位置１５６から再生時のワーク１５５に向かって延びている。ベクトルＦ１は、ワークの位置と姿勢（ｘａ、ｙａ、ｚａ、θａｘ、θａｙ、θａｚ）に係る情報を持つ６次元のベクトルである。
【００２７】
ベクトルＡは、教示時のワークから再生時のワーク１５５に向かって延びる６次元のベクトルである。ベクトルＲ０、Ｒ１、Ｆ０、Ｆ１が既知であるので、ベクトルＡは、次式から求まる。ただし、このベクトルＦ１は、上述した画像認識によって求められたカメラ座標系のものを、絶対空間座標系に座標変換している。
Ａ＝（Ｒ１−Ｒ０）＋（Ｆ１−Ｆ０）；
従って、ベース基準点１５０から再生時のワーク１５５に延びるベクトルＴ１は次式から求まる。
Ｔ１＝Ｒ０＋Ｆ０＋Ａ；
ロボットハンド１４は、ベクトルＴ１に基づいて移動し、ワーク１５５を把持する。ロボットハンド１４は、ワーク１５５を把持するときに、認識しているワーク１５５の姿勢を用いて、教示されたときと同じようにワーク１５５把持する。従って、ワーク１５５は、通常と異なる位置や姿勢で置き台に置かれていても、常に同じ部分が、ロボットハンド１４によって把持される。
【００２８】
以上説明したように、本ロボット１０は、教示時撮影位置（把握前）と再生時撮影位置（把握前）が一致する必要がない。このため、ロボットハンド１４が教示ポイントに対して内回りで移動でき、サイクルタイムの短縮化が可能になる。
それに対して、従来の技術では、ロボットハンド１４が、再生時に教示時撮影位置（把持前）１５２で停止するか、その位置を通過する必要がある。以下、その従来技術について説明する。
図２９に示すように、従来技術においては、ロボットハンド１４がワーク１５５に向かって移動するべき位置を求めるときに、ベクトルＲ、Ｆ、Ａ、Ｔを用いる。ベクトルＲは、ベース基準点１５０から教示時撮影位置（把持前）でのカメラ基準点位置１５２に延びている。ベクトルＦは、教示時に、カメラ基準点位置１５２でワークを画像認識することによって教示されたものであり、カメラ基準点位置１５２から教示時のワークに向かって延びている。ベクトルＦは、６次元のベクトルであり、ワークの位置と姿勢に係る情報を持っている。
【００２９】
ベクトルＡは、教示時のワークから再生時のワーク１５５に向かって延びるベクトルである。ベクトルＡは、再生時に、ロボットハンド１４が教示時撮影位置（把持前）１５２で停止するか、あるいはその位置を通過するときに、カメラ１８で撮影することによってワーク１５５を画像認識し、その再生時の画像認識結果と、教示時の画像認識結果の差から求める。従って、ベース基準点１５０から再生時のワーク１５５に向かって延びるベクトルＴは、次式から求まる。
Ｔ＝Ｒ＋Ｆ＋Ａ；
ロボットハンド１４は、ベクトルＴに従って移動し、ワーク１５５を把持する。
この従来技術は、再生時に、ロボットハンド１４が教示時撮影位置（把持前）に位置しているときに、カメラ１８で撮影することによってワーク１５５を画像認識し、ワーク１５５の位置と姿勢を把握しなければならない。ロボットハンド１４が、再生時に教示時撮影位置（把持前）に位置していないと、教示時と再生時におけるワークの位置と姿勢の差であるベクトルＡを求めることができないからである。
よって、従来技術では、ロボットハンド１４が、再生時に教示時撮影位置（把持前）１５２で停止するか、その位置を通過する必要がある。このため、ロボットハンド１４が内回りの経路を移動することができず、サイクルタイムが長くなってしまう。
【００３０】
ロボット１０は、ロボットハンド１４がワークを把持した状態で再生時撮影位置（把持後）を通過したときに、カメラ１８で把持されているワークを撮影することによって、ワークを画像認識する。そして、その画像認識結果から、ワークの位置と姿勢を把握する。
【００３１】
置き台に置かれているワークは、位置や姿勢が通常と異なっていることがある。ワークは、置き台に、毎回正確に置かれるとは限らないからである。置き台に置かれているワークの位置や姿勢が通常と異なっていると、ロボットハンド１４は、通常と異なる経路を移動してワークを把持する。通常と異なる経路を移動してワークを把持したロボットハンド１４は、ワークを把持した状態で、通常と異なる経路を移動して治具に向かう。ロボットハンド１４に把持されたワークは、把持したときからズレてしまうことがある。従って、置き台に置かれているワークの位置や姿勢が通常と異なっていたり、ロボットハンド１４に把持されたワークの位置や姿勢が把持したときからズレてしまうと、ロボットハンド１４やワークがロボット１０の周辺に存在する物体（例えば、治具や、安全柵）と干渉することがある。本実施例のロボット１０は、そのような干渉を防止することができる。以下、その干渉防止動作を含むワークセット処理について説明する。ワークセット処理は、コントローラ１６によって処理される。
【００３２】
図３０に示すように、ワークセット処理Ｓ１０の最初の処理であるＳ１２では、ロボットハンド１４を、待機位置からワークに向かって移動させる。次のＳ１４では、ロボットハンド１４が移動して再生時撮影位置（把持前）を通過したときに、カメラ１８で撮影することによって、ワークを画像認識する。そして、続くＳ１６では、ワークの画像認識結果から、ロボットハンド１４がワークに向かって移動する経路と、ワークを把持するときのロボットハンド１４の位置と姿勢を求める。具体的には、ベース基準点１５０から再生時のワーク１５５に延びるベクトルＴ１（図２８参照）を演算することによって、ロボットハンド１４がワークに向かって移動する経路と、ワークを把持するときのロボットハンド１４の位置と姿勢を求める。
Ｓ２０では、ロボットハンド１４がワークに向かって移動するときと、ロボットハンド１４がワークを把持するときに、ロボットハンド１４の空間領域が周辺物体と干渉するか否かを判別する。ロボットハンド１４の空間領域とは、ロボットハンド１４を包含する３次元的な所定の空間領域であり、予め設定されている。ロボットハンド１４の空間領域は、例えば、球として設定することができる。周辺物体の位置と形状は、予め定義されている。従って、ロボットハンド１４の空間領域と周辺物体との３次元空間上の位置関係を演算することによって、それらが干渉するか否かを判別することができる。
【００３３】
Ｓ２０で、ロボットハンド１４の空間領域が周辺物体と干渉すると判別した場合（ＹＥＳの場合）には、ロボットハンド１４の移動を停止する。よって、ロボットハンド１４と周辺物体との干渉が防止される。Ｓ２０を実行してから、そのままワークセット処理Ｓ１０を終了する。Ｓ２０で、ロボットハンド１４の空間領域が周辺物体と干渉しないと判別した場合（ＮＯの場合）には、Ｓ２６に移行する。
Ｓ２６では、ロボットハンド１４をワークに向かって移動させ、ワークを把持する。そして、Ｓ２８では、ワークを把持した状態のロボットハンド１４を、治具に向かって移動させる。
Ｓ３０では、再生時撮影位置（把持後）を通過したときに、カメラ１８で撮影することによって、ワークを画像認識する。次のＳ３２では、画像認識結果から把持しているワークの位置と姿勢を把握し、その位置と姿勢からロボットハンド１４が治具に向かって移動する経路を求める。既に説明したように、ロボットハンド１４は、ワークが通常と異なる位置や姿勢で置き台に置かれていても、常にワークの同じ部分を把持する。しかしながら、ワークは、その後に把持されたままズレてしまうことがある。ワークがズレていると、Ｓ３０を実行することによってそのズレが把握される。
【００３４】
Ｓ３４では、ロボットハンド１４が治具に向かって移動するときと、ロボットハンド１４がワークを治具にセットするときに、ロボットハンド１４とワークの空間領域が、周辺物体と干渉するか否かを判別する。ワークの空間領域とは、ワークを包含する３次元的な所定の空間領域であり、予め設定されている。ワークの空間領域は、例えば、球として設定することができる。Ｓ３４で、ロボットハンド１４とワークの空間領域が、周辺物体と干渉すると判別した場合（ＹＥＳの場合）には、Ｓ２２を実行することにより、ロボットハンド１４の移動を停止する。よって、ロボットハンド１４とワークが、周辺物体と干渉するのが防止される。Ｓ２２を実行してから、ワークセット処理Ｓ１０を終了する。
一方、Ｓ３４で、ロボットハンド１４とワークの空間領域が、周辺物体と干渉しないと判別した場合（ＮＯの場合）には、Ｓ３６に移行する。Ｓ３６では、ロボットハンド１４を治具に向かって移動させ、ワークを治具にセットする。そして、ワークセット処理Ｓ１０を終了する。
【００３５】
ロボットハンド１４がワークを把持するときには、両指でワークを摘む場合（図１１）と、片指でワークを摘む場合（図１２）と、両指でワークを掴む場合（図１３）と、片指でワークを掴む場合（図１４）しか存在しない。ここで、「両指で摘む／掴む」とは、第１上フィンガー部４１と、第２上フィンガー部４２と、第１下フィンガー部４３と、第２下フィンガー部４４を用いてワークを把持することを意味する。「片指で摘む／掴む」とは、第１上フィンガー部４１と第１下フィンガー部４３を用いて、あるいは第２上フィンガー部４２と第２下フィンガー部４４を用いてワークを把持することを意味する。また、以下においては、第１上フィンガー部４１のフィンガーハウジング６３、第２上フィンガー部４２のフィンガーハウジング６３、第１フィンガー部４１の第１上指先部４６、第２フィンガー部４２の第２上指先部８９、第１下フィンガー部４３、第２下フィンガー部を、「指」と記載することもある。
【００３６】
ロボットハンド１４には、ワークを把持するため、あるいは把持しているワークを放すために、各指の回動角度と回動速度に係る軸値を教示しなければならない。その教示をロボット１０にインプットするときには、ティーチングペンダント２７を用いる。軸値の教示は、回動角度や回動速度を指定しなければならないので、煩雑な作業を必要とする。
既に説明したように、ロボットハンド１４がワークを把持するときには、両指でワークを摘む場合と、片指でワークを摘む場合と、両指でワークを掴む場合と、片指でワークを掴む場合の４つの場合しか存在しない。従って、その各場合におけるワークを把持する（摘んだり、掴んだりする）力を予め設定しておけば、４つの力を教示するのみでワークを把持することができる。具体的には、ティーチングペンダント２７に、上述した４つの場合のそれぞれに対応したボタンを設けておき、そのボタンを操作することによって、各場合の把持する力を教示する。従って、ロボットハンド１４がワークを把持しているときの教示を容易に行うことができる。
例えば、片指でワークを摘む場合には、その場合に対応したボタンを操作する。すると、例えば、第１中間指先部４７のパッド９１と第１下指先部１１１のパッド１１５がワークを把持する力と、第２中間指先部９２のパッド９４と第２下指先部１２２のパッド１２６がワークを把持する力を教示することができる。ワークを把持するときには、各指を駆動するモータ５３、６２、１０１は、所定の電流が入力されることによって、所定のトルクを発生する。
【００３７】
ロボット１０は、種々のワークに対して汎用的に用いられる。このため、教示時撮影位置（把持前）や再生時撮影位置（把持前）でカメラ１８がワークを撮影するとき、カメラ１８とワークの距離が、遠いこともあるし近いこともある。以下においては、カメラ１８とワーク１６０との距離が遠い場合（図３１参照）を「遠視時」、カメラ１８とワーク１６０との距離が近い場合（図３２参照）を「近視時」と言う。
図３３に示すように、遠視時には、カメラ１８の視野１６２にワーク１６０が小さく撮影される。既に説明したように、カメラ１８の視野１６２には、それに対して固定された座標原点１６４が設定されている。撮影されたワーク１６０を画像認識する場合、ワーク１６０の周囲領域の画像は不要である。そこで、ワーク１６０よりも僅かに大きい領域１６３についてのみ画像認識を行う（領域１６３を切り出す）。領域１６３を切り出すことにより、画像認識機１７が処理する画素数を低減することができる。従って、画像認識機１７が画像認識する処理時間が短縮化される。
図３４に示すように、近視時には、カメラ１８の視野１６２にワーク１６０が大きく撮影される。この場合には、視野１６２の全体の画素数を低減した状態で、ワーク１６０を画像認識する。ワーク１６０が大きく撮影されているので、画素数を低減しても、ワーク１６０の特徴点Ｇや線分１４１、１４２、１４３等の画像認識に問題は生じない。画素数を低減すると、画像認識機１７が画像認識する処理時間が短縮化される。
【００３８】
図１４に示すように、ロボットハンド１４がワーク１３１を把持しているときには、第１下フィンガー部４３には、ワーク１３１の重量Ｗが下向きに作用している。ワーク１３１の重量Ｗによって、第１下フィンガー部４３をシャフト１０４廻りに回動させようとするモーメントが発生する。第１下フィンガー部４３が回動すると、ロボットハンド１４が開いてしまう。第１上指先部４６は、モータ６２（図５参照）に駆動され、ワーク１３１を介して力Ｆを第１下フィンガー部４３に加えている。重量Ｗによって第１下フィンガー部４３が回動しようとするのを、第１上指先部４６が加える力Ｆが阻止している。力ＦのモーメントアームＬが短いほど、力Ｆは大きくなる。従って、モーメントアームＬを小さくすれば、モータ６２が発生するトルクが小さくても、ワーク１３１の重量Ｗによって第１下フィンガー部４３が回動しようとするのを阻止できる。
第１下フィンガー部４３と第２下フィンガー部４４は、ウォームギア１０２とウォームホイール１０３を介して、モータ１０１によって駆動される（図３、図９参照）。ウォームギア１０２とウォームホイール１０３の組合せは、モータ１０１の出力を第１下フィンガー部４３と第２下フィンガー部４４に伝達するが、第１下フィンガー部４３と第２下フィンガー部４４に外力が作用しても、その力はモータ１０１には伝達されない。第１下フィンガー部４３と第２下フィンガー部４４に外力が作用してウォームホイール１０３が回転しようとしても、ウォームギア１０２が回転しないからである。ウォームギア１０２とウォームホイール１０３を用いることによって、第１下フィンガー部４３と第２下フィンガー部４４に外力が作用した場合に、第１下フィンガー部４３と第２下フィンガー部４４が回動してしまうのが防止されている。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ロボットの構成図。
【図２】ロボットハンドの斜視図。
【図３】ロボットハンドの側面図。
【図４】アクチュエータの斜視図。
【図５】アクチュエータの断面図。
【図６】第１上指先部の断面図。
【図７】図６のVII−VII線矢視図。
【図８】第１上指先部の断面図（パッドが姿勢変化した状態）。
【図９】ロボットハンドの側面図。
【図１０】ロボットハンドの側面図。
【図１１】ロボットハンドの側面図。
【図１２】ロボットハンドの側面図。
【図１３】ロボットハンドの側面図。
【図１４】ロボットハンドの側面図。
【図１５】ロボットハンドがワークを把持した状態の模式図。
【図１６】ロボットハンドがワークを把持した状態の模式図。
【図１７】ロボットハンドがワークを把持した状態の模式図。
【図１８】ロボットハンドの移動経路の説明図。
【図１９】ワークの斜視図。
【図２０】カメラがワークを撮影する状態の説明図。
【図２１】ワークを画像認識する過程の説明図。
【図２２】ワークを画像認識する過程の説明図。
【図２３】ワークを画像認識する過程の説明図。
【図２４】ワークを画像認識する過程の説明図。
【図２５】ワークを画像認識する過程の説明図。
【図２６】ワークを画像認識する過程の説明図。
【図２７】ワークを画像認識する過程の説明図。
【図２８】ワークの位置を求める技術の説明図。
【図２９】ワークの位置を求める技術の説明図（従来技術）。
【図３０】ワークセット処理のフローチャート。
【図３１】カメラがワークを撮影している状態の説明図（遠視時）。
【図３２】カメラがワークを撮影している状態の説明図（近視時）。
【図３３】遠視時の撮影画像。
【図３４】近視時の撮影画像。
【符号の説明】
【００４１】
１０：ロボット
１２：アームリンク
１４：ロボットハンド
１５：カメラ部
１６：コントローラ
１７：画像認識機
１８：カメラ
１９：アーム
２０：基台
２１：第１リンク部材
２２：第２リンク部材
２３：第３リンク部材
２４：第４リンク部材
２５：第５リンク部材
２６：第６リンク部材
２７：ティーチングペンダント
３１：第１関節
３２：第２関節
３３：第３関節
３４：第４関節
３５：第５関節
３６：第６関節
３７：第７関節
４０：ケーシング
４１：第１上フィンガー部
４２：第２上フィンガー部
４３：第１下フィンガー部
４４：第２下フィンガー部
４５：第１アクチュエータ
４６：第１上指先部
４７：第１中間指先部
４８：下フィンガー駆動部
５０：本体
５１：フィンガー
５２：ブラケット
５３：モータ
５４：本体ハウジング
５５：第１傘歯車
５６：第２傘歯車
５７：シャフト
５８：ベアリング
５９：一端部
６０：ベアリング
６１：駆動軸
６２：モータ
６３：フィンガーハウジング
６４：第３傘歯車
６５、６６：ベアリング
６７：シャフト
７０：駆動軸
７１：第４傘歯車
７４：ホルダー
７５：パッド受け
７６：パッド
７７：パッド押え
７８：スクリュウ
７９：凹部
８０：凹所
８１：内方部
８２：軸部
８３：外方部
８４：切欠き
８５：端部
８６：凸所
８８：第２アクチュエータ
８９：第２上指先部
９０：ホルダー
９１：パッド
９２：第２中間指先部
９３：ホルダー
９４、９５：パッド
９６：ホルダー
１０１：モータ
１０２：ウォームギア
１０３：ウォームホイール
１０４：シャフト
１０６：駆動軸
１１０：第１下フィンガー
１１１：第１下指先部
１１２：一端部
１１３：他端部
１１４：ホルダー
１１５、１１６：パッド
１２１：第２下フィンガー
１２２：第２下指先部
１２３：一端部
１２４：他端部
１２６、１２７：パッド
１２８：ホルダー
１３０、１３１、１３３、１３４、１３５：ワーク
１４１、１４２、１４３：線分
１４５：移動経路
１５０：ベース基準点
１５２：カメラ基準点位置
１５５：ワーク
１５６：カメラ基準点位置
１６０：ワーク
１６２：視野
１６３：領域
１６４：座標原点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006346791.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006346791.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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