(57)【要約】【課題】簡単に設置が可能で、かつ、安価な走行ガイドツールと、該ガイドツールを基に方向転換しながら予め決められたルートを自動走行可能な自動走行装置を提供する。【解決手段】識別情報が記憶されたＲＦＩＤチップを内蔵した走行ルートガイドツールであって、前記走行ガイドツールの視認可能な面に走行をガイドすべき自動走行装置が方向転換する時に基準となる位置と方向を示す印が表示されているように構成した。自動走行装置は、ＲＦＩＤリーダと、カメラと、カメラ画像分析部と、識別情報に対応づけられた方向情報と、画像分析の結果得られた方向情報を基に転換方向を確定する制御部と、方向転換操舵機構とを有するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤチップを内蔵した走行ルートガイドツールであって、
前記ＲＦＩＤチップには、前記走行ガイドツールを識別する識別情報が記憶され、
前記走行ガイドツールを設置する設置面に設置した時に視認可能な面には、前記走行ガイドツールにより走行をガイドすべき自動走行装置が方向転換する時に基準となる位置と方向を示す印が表示されていることを特徴とする走行ガイドツール。
【請求項２】
前記方向は、前記自動走行装置が前記設置面を前記走行ガイドツールに向かって走行して来た後、前記基準となる位置を基に、方向転換し次に走行すべき方向を確定するための方向情報であることを特徴とする請求項１に記載の走行ガイドツール。
【請求項３】
前記方向は、前記自動走行装置が前記設置面を前記走行ガイドツールに向かって走行して来た後、前記基準となる位置を基に、方向転換し次に走行すべき方向と、
前記自動走行装置が前記設置面を前記走行ガイドツールに向かって走行して来た方向と
を示す方向情報であることを特徴とする請求項１に記載の走行ガイドツール。
【請求項４】
前記走行ガイドツールは、前記視認可能な面の反対側に、前記走行ガイドツールを前記設置面に打ち込んで固定設置するための杭部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の走行ガイドツール。
【請求項５】
前記走行ガイドツールは、前記視認可能な面の反対側に、前記走行ガイドツールを前記設置面に貼付けて固定するための貼付面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の走行ガイドツール。
【請求項６】
前記走行ガイドツールは、前記視認可能な面が前記設置面と同一面になるように設置面部材と一体化した設置面ユニット部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の走行ガイドツール。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の走行ガイドツールを利用して、予め決められた方向転換を伴うルートを自動走行する自動走行装置であって、
前記自動走行装置はＲＦＩＤリーダと、
前記走行ガイドツールが設置された設置面に向けて取り付けたカメラと、
前記ＲＦＩＤリーダによって取得された前記走行ガイドツールに内蔵されたＲＦＩＤチップに記憶されている前記走行ガイドツールを識別する識別情報を基に、方向を決める方向情報決定部と、
前記カメラによって取得された前記走行ガイドツールに表示された前記自動走行装置が方向転換する時に基準となる位置と方向を示す印の画像を画像解析する画像解析部と、
前記画像解析部によって得られた方向情報１と前記方向情報決定部によって得られた方向情報２を基に、前記自動走行装置の方向転換すべき方向を定める制御部と、
前記制御部により指示された方向に方向転換する操舵機構と
を有することを特徴とする自動走行装置。
【請求項８】
前記方向情報２は前記方向情報１に対して、相対的に角度補正する方向情報であって、
前記制御部は、前記方向情報１に対して前記方向情報２を加味して、前記方向転換すべき方向を定めることを特徴とする請求項７に記載の自動走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動走行型ロボット等が予め決められた走行ルートを走行する際の方向転換ポイントと転換方向を正しくサポートするための走行ガイドツールおよび該走行ガイドツールを用いる自動走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水田自動走行では、レーザビームをガイドにして水田走行ロボットを走行させる仕組が知られている。例えば、水田の周りの４箇所にレーザビームを照射する装置を設置し、水田走行ロボットは、レーザビームをガイドに距離や角度の測定を行い、自己の位置の判断を行う仕組である。これら技術は、特許文献１に記載されている。また、機構的なガイドを用いて、反転走行を伴う軌道を走行する方法が、特許文献２に記載されている。
【０００３】
一方、特許文献３には、既知の場所に取り付けられた位置情報と共に符号化された複数の無線周波数ＩＤ（ＲＦＩＤ）タグ及び、正確な既知の場所に取り付けられた複数のビジュアルマーカから構成される可動床位置を測定するための装置ならびに方法が記載されている。可動床に取り付けられたＲＦリーダが床の大まかな地点を判断するために、ＲＦＩＤタグを読み取り、可動床に取り付けられたカメラ装置がビジュアルマーカをスキャンする。スキャンされた画像は床の正確な位置情報を与えるために画像処理される。特許文献３に記載の技術は、エレベータ装置に適用できる技術で、エレベータの可動床位置を正確に判断するために、無線周波数ＩＤ検知技術及びＣＣＤ画像処理の両方を組み合わせたシステムに関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−０１６６０７号公報
【特許文献２】特開平４−１６６００３号公報
【特許文献３】特表２００７−５２１２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の特許文献１の技術で走行ルートを制御するには、レーザビーム装置自体がコスト高である点とレーザビーム装置の調整や設定の工数がかかる点で問題がある。前記の特許文献２の技術では、走行軌道上に沿って、機構的ガイドを全て設置する必要があり、装置も大掛かりで、全体コストもアップしてしまう問題が残る。前記の特許文献３の技術を自動走行ルート制御に応用したとしても、一方向のルートに対しての正確な位置決めには適用できるものの、方向転換の際の進行方向をガイドすることはできない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単に設置が可能で、かつ、安価な方向付けガイドツールと、該ガイドツールを基に方向転換しながら予め決められたルートを自動走行が可能な自動走行装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の走行ガイドツールは、ＲＦＩＤチップを内蔵した走行ルートガイドツールであって、前記ＲＦＩＤチップには、前記走行ガイドツールを識別する識別情報が記憶され、前記走行ガイドツールを設置する設置面に設置した時に視認可能な面には、前記走行ガイドツールにより走行をガイドすべき自動走行装置が方向転換する時に基準となる位置と方向を示す印が表示されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の走行ガイドツールは、第１の走行ガイドツールに対して、前記方向は、前記自動走行装置が前記設置面を前記走行ガイドツールに向かって走行して来た後、前記基準となる位置を基に、方向転換し次に走行すべき方向を確定するための方向情報であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第１の自動走行装置は、第１または第２の走行ガイドツールを利用して、予め決められた方向転換を伴うルートを自動走行する自動走行装置であって、前記自動走行装置はＲＦＩＤリーダと、前記走行ガイドツールが設置された設置面に向けて取り付けたカメラと、前記ＲＦＩＤリーダによって取得された前記走行ガイドツールに内蔵されたＲＦＩＤチップに記憶されている前記走行ガイドツールを識別する識別情報を基に、方向を決める方向情報決定部と、前記カメラによって取得された前記走行ガイドツールに表示された前記自動走行装置が方向転換する時に基準となる位置と方向を示す印の画像を画像解析する画像解析部と、前記画像解析部によって得られた方向情報１と前記方向情報決定部によって得られた方向情報２を基に、前記自動走行装置の方向転換すべき方向を定める制御部と、前記制御部により指示された方向に方向転換する操舵機構とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の自動走行装置は、第１の自動走行装置に対して、前記方向情報２は前記方向情報１に対して相対的に角度補正する方向情報であって、前記制御部は、前記方向情報１に対して前記方向情報２を加味して、前記方向転換すべき方向を定めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単に設置が可能で、かつ、安価な方向付けガイドツールと、該ガイドツールを基に方向転換しながら自動走行が可能な自動走行装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の自動走行ルートガイドツールの斜視図と上面図である。
【図２】本発明の実施の形態の自動走行装置の斜視図と、前面、側面及び底面図である。
【図３】本発明の実施の形態の自動走行ルートガイドツールの設置例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の自動走行装置の方向転換ルートを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の自動走行ルートガイドツールに記録されているＲＦＩＤデータと関連データの対応表である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の自動走行ルートガイドツールを示す一つの例である。自動走行ルートガイド杭１にはＲＦＩＤチップ１１が内蔵されている。自動走行ルートガイド杭１の上面には、Ｔ字型の方向転換マーク１２が表示されている。また、自動走行ルートガイド杭１は、方向転換マーク１２が表示されている反対側に、設置面に打ち込んで固定するための杭部１３を有している。ＲＦＩＤチップ１１には、複数の自動走行ルートガイド杭１の中から一つを識別するための識別データが記憶されている。
【００１４】
図１に示す自動走行ルートガイド杭１は、水田などの地面に打ち込んで設置することを考慮したものなので、杭部を有した形状であるが、形状はこれに限らず用途ごとに適宜決めれば良い。例えば、車道、歩道あるいは駐車場等の表面構成材として敷き詰めて用いるタイル型部材と同形状の路面材料にＲＦＩＤチップを内蔵させ、表面にＴ字型マークを視認可能なように刻印したものでも良い。この場合は、路面と同一面になるように敷設して自動走行ルートガイドを路面材料の一部として利用することができる。室内の床の角型のフロア構成材として同様に用いることもできる。
【００１５】
薄型ＲＦＩＤチップを用いれば、厚さの薄いシール状の走行ガイドツールとして構成することも可能である。シール状走行ガイドツールは、表面にＴ字型のマークが印刷され、裏面側に貼付剤が塗布された貼付シール構造を採用しても良い。この構造を取れば、室内の床や壁などにも自由に貼付が可能である。
【００１６】
また、図１に示す自動走行ルートガイド杭１の上面には、Ｔ字型の方向転換マーク１２が表示されているが、方向を示すことができるマークであればマーク形状はこれに限らない。Ｔ字型マークは、水平線の中央部から上下線が交差せずに下部方向に伸びたものとして構成される。この場合は、上下線の下部方向が方向を示す特徴部分となる。また、上下線と水平線の接するポイントを基準位置と定めることができる。
【００１７】
図形内部の特定点に対して点対象となる図形マークでは、その図形マークの特定部から方向を一義に確定できないので、本発明には適用できない。しかし、点対象形状でないマークであれば、マークの特定部を、方向を示す部分と予め決めておけば本発明に適用可能である。基準位置も同様である。ここで点対象形状としたものは、例えば、＋形状、○形状、□形状といった形状である。それに対して本発明に適用可能なマーク形状は、例えば、↑形状、へ形状、Ｖ形状といった形状である。もちろん、マークの一部に色付けをすることで、マークの特定部を定めるのであれば、点対象形状のマークでも本発明に適用可能である。
【００１８】
次に図２を参照して、本発明の自動走行装置の概要を説明する。図２は自動走行装置２の斜視図、正面図、側面図および底面図である。自動走行装置２は、走行車輪２３を二つと、走行車輪２３を操舵する操舵機構（不図示）と、底面側にＲＦＩＤリーダ２２とカメラ２１とを有している。ＲＦＩＤリーダ２２とカメラ２１は、自動走行装置２の走行面に向けて配置されている。
【００１９】
自動走行装置２の本体には、ＲＦＩＤリーダ２２で読み取った自動走行ルートガイド杭１を識別する識別データを基に方向情報を確定する方向情報決定部と、カメラ２１によって取得された画像を画像認識し、予め決められている少なくとも一つの基準画像と照合し、照合された基準画像において予め決められている特定部から基準となる位置と方向を決定する画像解析部と、方向情報決定部で決定した方向情報と画像解析部で決定した基準となる位置と方向から自動走行装置２が方向転換すべき方向を決定し操舵機構に指示する制御部を有している。これらの機能は、ＣＰＵと、ＣＰＵで実行するプログラムと、該プログラムが格納される記憶部と、予め決めた基準画像や対応付けのためのテーブル情報を格納した記憶部とから構成さる。これら構成物は自動走行装置２の本体に搭載されている。
【００２０】
自動走行装置２は無線通信機能を有していて、プログラムや予め決めた基準画像や対応付けのためのテーブル情報を無線通信で接続されたサーバーから適宜、書換えられるような構成としても良い。この場合は、基準画像や対応付けテーブル情報を自動走行装置２の走行前に書換えれば、自動走行ルートガイド杭１自体の変更や自動走行ルートガイド杭１の向きを変えて設置変更をしなくとも、走行ルートをフレキシブルに変更することができる。これら詳細については、後述することとする。
【００２１】
また、自動走行装置２は、適宜用途に合わせ種々の形態を採用することが可能である。水田の除草ロボットに応用する場合は、除草機構を付属させ、水田を決められたルートで自動走行することで除草を効率よく実施することが可能である。現在のコンシューマ市場に導入されている自動掃除ロボットにも応用が可能で、走行ルートを定めることで特定エリアのみを効率よく掃除をさせることが可能となる。
【００２２】
自動車を駐車場に自動駐車するための自動駐車機構にも応用が可能である。この場合は駐車場の特定箇所に走行ガイドツールを埋め込み設置することになる。また、工場での組み立て部品配送装置に応用することも可能である。工場フロアの部品配送装置の方向転換箇所に走行ガイドツールを埋め込み設置するか、シール状の走行ガイドツールを張り付ければ、所望の運搬ルートで部品配送装置を自動運行させることが可能となる。
【００２３】
次に図３を参照して、本発明の自動走行ルートガイド杭１の設置例を説明する。図３は、水田除草ロボットに決められたルートを自動走行させるための自動走行ルートガイド杭１の設置例を示すイメージで、水田の上面図と断面図である。自動走行ルートガイド杭１は水田除草ロボットが方向転換するポイントに杭部１３を水田に打ち込んで設置されている。ＲＦＩＤチップ１１は、自動走行ルートガイド杭１の水田表面より上側に位置する箇所に内蔵されている。この方が、ＲＦＩＤリーダ２２による読み取りが、し易いからである。
【００２４】
自動走行ルートガイド杭１の上部が水田表面から突出しているが、水田走行ロボットがこの突出部に乗り上げて走行できる走行能力があれば問題ないし、また二つの走行車輪の間に位置するように自動走行ルートガイド杭１を設置すれば、走行の障害物になることを回避可能である。なお、水田除草ロボットは水田水位が極めて低位な時期に除草をすることを想定しているので、自動走行ルートガイド杭１のＴ字型の方向転換マーク１２をカメラで取得する際の画像の鮮明度やＲＦＩＤリーダ２２による読み取り感度への水の影響は考慮しなくても良い。
【００２５】
最後に図４と図５を参照して、自動走行装置２の方向転換すべき方向の決定の仕方と走行方法を説明する。図４は、予め決められた方向転換を伴う走行ルートと自動走行ルートガイド杭１の設置関係を示す図である。図５は、自動走行ルートガイド杭１に記録されているＲＦＩＤデータとそれに対応づけた関連データを示すテーブル情報の一例を示す図である。
【００２６】
図４のＡ０１、Ａ０２、Ａ０３、Ａ０４は各自動走行ルートガイド杭１を識別する識別情報である。自動走行装置２の走行ルートは、Ｓ１の位置からＳ２、Ｓ３、Ｓ４へと進行するように設定されている。Ｓ１からＳ４の位置に設置されたそれぞれの自動走行ルートガイド杭１のＲＦＩＤチップ１１に、Ａ０１、Ａ０２、Ａ０３、Ａ０４といった識別情報が書き込まれている。
【００２７】
これら識別情報は、自動走行装置２のＲＦＩＤリーダ２２によって自動走行装置２が自動走行ルートガイド杭１の近傍に走行して来て、アンテナ感度範囲内に入ると読み取られる。アンテナ感度と自動走行ルートガイド杭１の設置間隔は、適宜調整すれば良い。すなわち、複数の自動走行ルートガイド杭１の識別情報の同時読み取りができない程度に自動走行ルートガイド杭１の設置間隔を離す必要がある。
【００２８】
自動走行装置２がＳ１からＳ２に向かって走行しＳ２位置の近傍に来ると、ＲＦＩＤリーダ２２がＲＦＩＤデータＡ０２を読み取る。すると、自動走行装置２のカメラ２１が作動し、Ｓ２の位置に設置してある自動走行ルートガイド杭１のＴ字型の方向転換マーク１２を撮像する。
【００２９】
図５のテーブル情報によれば、Ａ０２の自動走行ルートガイド杭１は、ロケーション番号としてＳ２が、方向転換マークとしてＴ字形状のマークの基準画像が、さらに方向情報として左９０度が対応づけられている。カメラ２１が取得した画像が基準画像と照合されると、Ｓ１の位置ではその基準画像で予め決められている基準位置と方向が確定する。ここでは、Ｔ字型のマークでは、上下線の下向きの線が方向を示し、水平線と上下線の接した点が基準位置を示す。
【００３０】
例えば、自動走行装置２は、制御部が操舵機構に指示し、Ｔ字型のマークの基準位置をカメラ２１の撮像画像の中央になるように、そして、下向きの線を自動走行装置２自身の前方向と合致させるように自動走行装置２の位置を制御する。つまり、自動走行装置２は、Ｓ２の位置で、Ｓ１の方向（走行して来た方向）に戻るように１８０度回転してしまうことになる。しかし、対応づけられた方向情報の左９０度により、自動走行装置２は自身を左９０度に方向転換する。すると、自動走行装置２は自身の前方向をＳ３方向に向けたことになり、ここで改めて前進を開始し、次の方向であるＳ３を目指す。
【００３１】
実際には、自動走行装置２はＲＦＩＤデータとして識別情報Ａ０２とその自動走行ルートガイド杭１のＴ字型の方向転換マーク１２を取得した時点で、図５のテーブル情報を記憶部から読み出して照合および分析を行い、基準画像の方向転換マークで決められた基準位置と方向、その自動走行ルートガイド杭１の設置位置であるＳ２の位置での角度情報が決定できるので、一旦Ｓ１の方向を向かずに、次に進行すべきＳ３方向に方向転換をすることは可能である。
【００３２】
自動走行装置２は、識別情報Ａ０２に対応したロケーション番号Ｓ２と、自動走行装置２が記憶している図４に示すようなマップ情報から、走行すべきルートのＳ２近辺にいることは判断できるが、上記説明の基準画像の方向転換マークで決められた基準位置と方向を確定しないと、自身の正確な位置とマップとの関係において自身の向いている正確な方向が把握できない。
【００３３】
すなわち、自動走行装置２がカメラ２１から取得した方向転換マーク１２の画像を基準画像と照合させて、自動走行ルートガイドツール基準位置と方向を確定することで、この問題が解決できる。
【００３４】
例えば、自動走行装置２のカメラ画像の中央を基準位置として自動走行ルートガイド杭１のＴ字型の方向転換マーク１２の基準位置を対応付け、自動走行装置２の前進方向を基準方向として自動走行ルートガイド杭１のＴ字型の方向転換マーク１２の基準方向を対応づけることで、自動走行装置２はマップのＳ２の位置でどちらを向いているかを正確に把握できる。従って、その基準方向に対して相対的な角度情報を与えることで、次に進むべき転換方向を正確に決定することができる。
【００３５】
図４を用いて前述の方向制御の仕方の詳細を説明する。自動走行装置２はＡ０１を読み取りＳ１位置を判断し方向転換マークから図４の上方向に前進方向を向けるように制御し、角度情報０度であるので、そのまま上方向に進行する。Ｓ２近傍に来ると前述の通りの制御を行い、次にＳ３近傍に来るとＡ０３を読み取りＳ３位置を把握し、方向転換マークから下方向に前進方向を向けるように制御し、角度情報０度であるので下方向に進行する。
【００３６】
すなわち、Ｓ２からの進入角度に対しては右に９０度向きを換えたことになる。次に自動走行装置２はＳ４近傍に来てＡ０４を読み取り、Ｓ４位置を把握し方向転換マークから上方向に前進方向を向けるように制御し、角度情報が右９０度であるので次の進行方向として右方向に進行する。
【００３７】
ここで重要なのは、必ずしも、次の転換方向に向けるよう自動走行ルートガイド杭１のＴ字型の方向転換マーク１２を設置しなくて良いということである。図５に示すようなテーブル情報によって転換方向が確定されるので、自動走行ルートガイド杭１をどの向きに設置しても構わない。設置後、各々の自動走行ルートガイド杭１の方向転換マーク１２の向きを図４に示すようなマップの各位置でどちらに向いているかを確定し、それに対して次の方向転換方向を示す角度情報を割り振れば、自由にそれぞれの自動走行ルートガイド杭１の設置位置で方向転換すべき方向を設定できる。
【００３８】
また、方向転換マークは、ここではＴ字型のマークで統一した自動走行ルートガイド杭１を用いているが、テーブル情報で対応づけられる基準画像を変えれば、方向転換マークが混在していても構わない。例えば、Ｓ２の位置にＶ字型のマークの自動走行ルートガイド杭１が設置されていたとしても、予めＶ字の下部の頂点を基準方向とし、上側の開いた部分の中央部を基準位置とするようにテーブル情報に記憶させておけば、当然に同じように方向を変えることができるからである。
【００３９】
また、Ｌ字型をした二つの直線の内の一方の直線の先を矢印形状とするマークを使って、矢印方向を次の転換方向に向け、矢印と逆側の線を自動走行装置２が自動走行ルートガイド杭１に進入して来る方向になるように、各々の自動走行ルートガイド杭１を正確な向きに設置していけば、テーブル情報の各々の角度情報は０度になる。この場合は、ユーザは設置場所の自動走行ルートガイド杭１の方向転換マーク１２を見ただけで、自動走行装置２の走行ルートを把握することができるというメリットがある。
【００４０】
仮に、自動走行ルートガイド杭１が何らかの事情で設置後に向きが変わってしまった場合や、向きを間違えて設置した場合であっても、テーブル情報の対応する位置の角度情報に補正角度を追加すれば、所望の方向に自動走行装置２を転換させることも可能である。ＲＦＩＤには最初から各々の自動走行ルートガイド杭１の位置情報となるＳ１、Ｓ２のような識別データを記録させることも可能である。また、必ずしもマップ情報がなくても、方向転換をさせながら決められたルートを走行させることも可能である。
【００４１】
自動走行ルートガイド杭１が打ち込まれた各箇所を示すマップ情報とテーブル情報があれば、方向転換箇所の自動走行ルートガイド杭１には方向転換するための角度情報を書き込み、自動走行装置２の進行上にあって方向転換させたくない箇所の自動走行ルートガイド杭１には方向転換させないような角度情報を書き込んだテーブル情報をプログラミングすれば、自在に走行ルートを決められるというメリットがある。このテーブル情報をワイヤレス通信で、自動走行装置２に送り込み、適宜書き換えれば、自動走行装置２の自動走行ルートを遠隔地からも変更が可能である。走行ルートが、方向転換マーク１２から判別できることはメリットにもなるが、関係者以外に走行ルートを知られたく場合はデメリットとなる場合もある。利用ケースによって適宜使い分けられるというのも本発明の付随的な効果の一つである。
【００４２】
以上のような構成と制御方法を採用することで、簡単に設置が可能で、かつ、安価な走行ガイドツールと、該走行ガイドツールを基に方向転換しながら自動走行が可能な自動走行装置を提供することができる。同時に、走行プログラムを書換えるだけで自在に自動走行ルートが変更できるという効果も奏功する。
【符号の説明】
【００４３】
１  自動走行ルートガイド杭
２  自動走行装置
１１  ＲＦＩＤチップ
１２  方向転換マーク
１３  杭部
２１  カメラ
２２  ＲＦＩＤリーダ
２３  走行用車輪
【図１】
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【図２】
2011076215.tif 000004
【図３】
2011076215.tif 000005
【図４】
2011076215.tif 000006
【図５】
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