(57)【要約】  本体部（胴体）の所定の一部分を常に被検出体に向けながら走行することが可能なロボットを提供することである。本発明は、案内ロボット（１）において、本体部（１０）が走行部（１１）と相対回転可能に連結されている。そして、制御装置は、走行部（１１）の走行中に、位置検出センサ（２１）により検出された被検出体の位置情報に基づいて、本体部（１０）の正面が常に被検出体を向くように胴体駆動モータを制御して本体部（１０）を走行部（１１）に対して回転させる。従って、本体部（１０）の正面に設けられたＣＣＤカメラ（２２）、マイク（２３）、スピーカー（２４）、及び、ディスプレイ（２０）等が常に被検出体を向くことになり、走行中においても被検出体との間で相互に情報を伝達して、コミュニケーションを確実に行うことができる。
2007132571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部と、
走行輪を備え、前記本体部と相対回転可能に連結された走行部と、
前記走行輪を駆動する走行駆動手段と、
前記本体部を前記走行部に対して相対回転させる回転駆動手段と、
前記走行駆動手段と前記回転駆動手段をそれぞれ制御する制御手段と、
周囲の被検出体の位置を検出する位置検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記走行部の走行中に、前記位置検出手段で検出された前記被検出体の位置に基づいて、前記本体部の所定部分が常に前記被検出体を向くように、前記回転駆動手段を制御することを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記被検出体から情報を取得する情報取得手段をさらに備えており、
前記本体部の前記所定部分に、前記情報取得手段の少なくとも一部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記被検出体に向けて情報を発信する情報発信手段をさらに備えており、
前記本体部の前記所定部分に、前記情報発信手段の少なくとも一部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット。
【請求項４】
前記制御手段は、前記位置検出手段で検出された前記被検出体の位置に基づいて、前記走行部が前記被検出体との距離を所定の範囲内に保ちながら走行するように、前記走行駆動手段を制御することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のロボット。
【請求項５】
前記本体部は、前記走行部に相対回転可能に連結された胴体部と、前記胴体部の上端部に回動可能に設けられた頭部と、前記胴体部の両側部にそれぞれ揺動可能に設けられた２つの腕部を備えていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自走式のロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人との間で様々な情報（文字や画像情報、あるいは、音声情報など）の相互伝達が可能な自走式ロボットが知られている。例えば、特許文献１に記載されたロボットは、２つの車輪を有する胴部（台車部）と、この胴部に搭載された胸部と、胸部に回動自在に連結された頭部と、胸部に回動自在に連結された左右の腕部などを備えている。頭部には目を模した２つのカメラが設けられている。このロボットは、話し相手である人（ユーザ）をカメラにより認識し、２つの車輪を駆動する駆動部を制御してユーザの顔または体の正面に胴部を移動させるようになっている。従って、目（カメラ）をユーザに向けてユーザの目を見ている状態で、情報を相互に伝達して会話（コミュニケーション）を図ることが可能である。つまり、ユーザ側から見て、ロボットが自分の正面に立ち、更に自分の目を見ている状態で会話が行われるため、親近感のある会話が成立する。
【特許文献１】特開２００４−３４２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、被案内者と対話しながら走行して、被案内者を所定の位置まで案内する案内用ロボットのように、ロボットの用途によっては、走行しながら人とコミュニケーションを図ることが要求される場合がある。しかし、前述した特許文献１のロボットにおいては、車輪による走行中には胴部や胸部の正面が走行方向を向いてしまうため、走行中にこれら胴部、胸部及び頭部を常に人に向けておくことができない。また、胴部の正面を人に向けて、この胴部に設けられた腕部による身振り手振りといったジェスチャーを行うこともできない。従って、この特許文献１のロボットは、走行中に、人との間でコミュニケーションを図ることは不可能である。【０００４】
本発明の主たる目的は、本体部（胴体）の所定の一部分を人などの被検出体の方向へ常に向けながら走行することが可能なロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段及びその効果】
【０００５】
第１の発明であるロボットは、本体部と、走行輪を備え、前記本体部と相対回転可能に連結された走行部と、前記走行輪を駆動する走行駆動手段と、前記本体部を前記走行部に対して相対回転させる回転駆動手段と、前記走行駆動手段と前記回転駆動手段をそれぞれ制御する制御手段と、周囲の被検出体の位置を検出する位置検出手段とを備え、前記制御手段は、前記走行部の走行中に、前記位置検出手段で検出された前記被検出体の位置に基づいて、前記本体部の所定部分が常に前記被検出体を向くように、前記回転駆動手段を制御することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明のロボットにおいては、本体部と走行部が相対回転可能に連結されており、また、制御手段が、位置検出手段により検出された被検出体の位置に基づいて、走行部の走行中に本体部の所定部分（例えば、本体部の正面）が常に被検出体を向くように、回転駆動手段を制御する。そのため、例えば、本体部の被検出体との間の情報伝達に必要な部分（カメラ、マイク、ディスプレイ、あるいは、スピーカーなどが設けられている部分）を常に被検出体に向けることによって、走行しながら被検出体との間で情報の伝達を確実に行うことができるようになる。あるいは、本体部の正面を常に被検出体に向けることによって、走行しながら、頭部や腕部等の動き（ジェスチャー）を被検出体に対して行うことができる。
【０００７】
尚、位置検出手段により取得される被検出体の位置情報とは、被検出体の位置そのものの情報（離隔距離と方向の両方の情報）であってもよいが、少なくとも、ロボットから見たときの被検出体が存在している方向が分かれば、本体部の所定部分をその方向に向けることができることから、位置検出手段により検出される位置情報は、被検出体が存在する方向だけであってもよい。
【０００８】
第２の発明であるロボットは、前記第１の発明において、前記被検出体から情報を取得する情報取得手段をさらに備えており、前記本体部の前記所定部分に、前記情報取得手段の少なくとも一部が設けられていることを特徴とするものである。この構成によれば、走行中に、被検出体から情報（例えば、被検出体である人の体型や姿勢、あるいは、しぐさなどの視覚情報や、人が発する声などの音声情報）を取得する情報取得手段の少なくとも一部が、被検出体の方向を常に向くことになるため、被検出体から情報を確実に取得することができる。
【０００９】
第３の発明であるロボットは、前記第１又は第２の発明において、前記被検出体に向けて情報を発信する情報発信手段をさらに備えており、前記本体部の前記所定部分に、前記情報発信手段の少なくとも一部が設けられていることを特徴とするものである。この構成によれば、走行中に、情報発信手段の少なくとも一部が被検出体の方向に常に向くことになるため、情報発信手段により、被検出体に対して、画像情報や音声情報などの種々の情報を確実に発信することができる。
【００１０】
第４の発明であるロボットは、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記制御手段は、前記位置検出手段で検出された前記被検出体の位置に基づいて、前記走行部が前記被検出体との距離を所定の範囲内に保ちながら走行するように、前記走行駆動手段を制御することを特徴とするものである。この構成によれば、走行中に、被検出体との距離がある範囲内に保たれて、接近しすぎたり離れすぎたりすることがないため、被検出体との間における情報の相互伝達を、走行中も安定して行うことが可能となる。
【００１１】
第５の発明であるロボットは、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記本体部は、前記走行部に相対回転可能に連結された胴体部と、前記胴体部の上端部に回動自在に設けられた頭部と、前記胴体部の両側部にそれぞれ揺動自在に設けられた２つの腕部を備えていることを特徴とするものである。この構成によれば、走行部の走行中に、胴体部の正面部が常に被検出体に向けられることで、左右２つの腕部や頭部の動き（ジェスチャー）を被検出体が認識しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る案内ロボットの正面図である。
【図２】図２は、案内ロボットの側面図である。
【図３】図３は、胴体部と脚部を連結する連結部の拡大図である。
【図４】図４は、制御装置を中心とする案内ロボットの電気的構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、案内ロボットの案内動作のフローチャートである。
【図６】図６は、被検出体が位置検出センサの検出可能エリアに存在している状態を示す図である。
【図７】図７は、案内ロボットが、胴体部及び頭部の正面を被検出体に向けながら走行している状態を示す図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  案内ロボット
１０  本体部
１１  走行部
２０  ディスプレイ
２１  位置検出センサ
２２  ＣＣＤカメラ
２３  マイク
２４  スピーカー
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、被案内者である人を目標位置まで案内する自走式の案内ロボットに本発明を適用した一例である。【００１５】
図１、図２に示すように、案内ロボット１は、胴体部１２と頭部１３と腕部１４とを有する本体部１０と、この本体部１０に相対回転可能に連結された走行部１１と、案内ロボット１の各部の動作を制御する制御装置１７（制御手段：図４参照）などを備えている。【００１６】
胴体部１２の正面（図１の手前側の面）には、被案内者に提供される文字情報や画像情報を表示するディスプレイ２０が設けられている。また、このディスプレイ２０の表面には、入力装置としてのタッチパネルが設けられている。さらに、胴体部１２の側面には、案内ロボット１の周囲に存在する被案内者を含む種々の物体５０（被検出体）の位置を検出する複数（例えば、４つ）の位置検出センサ２１（位置検出手段）が設けられている。この位置検出センサ２１としては、超音波センサやレーザーセンサなどを用いることができる。【００１７】
従って、図６、図７に示すように、案内ロボット１は、複数の位置検出センサ２１により、胴体部１２を中心とする円形の検出可能エリアＡ内において、被案内者がどの方向にどれだけの距離離れて位置しているかを検出することができるようになっている。【００１８】
胴体部１２の上端部には、頭部１３が鉛直軸（図示省略）回りに回動可能に連結されており、この頭部１３は、頭部駆動モータ４６（図４参照）により駆動される。頭部１３の前面（図１における手前側の面）には、案内ロボット１の周囲に存在する、被案内者などの被検出体の視覚情報（例えば、被案内者の体型、姿勢、あるいは、しぐさなど）を取得するためのＣＣＤカメラ２２と、周囲の被検出体等から発せられる音声情報を取得するマイク２３と、周囲に音声情報を発信するスピーカー２４等が設けられている。【００１９】
尚、頭部１３の正面に設けられたＣＣＤカメラ２２とマイク２３が、被検出体から情報を取得する本発明の情報取得手段に相当する。また、胴体部１２の正面に設けられたディスプレイ２０と頭部１３の正面に設けられたスピーカー２４が、被検出体に対して情報を発信する本発明の情報発信手段に相当する。【００２０】
また、胴体部１２の上部の左右両側部には、２つの肩部２５が、左右方向に延びる軸２７を介して回転自在に連結されており、さらに、これら２つの肩部２５に、２つの腕部１４が、前後方向（図１の紙面垂直方向）に延びる軸２８を介してそれぞれ回転自在に連結されている。そして、２つの肩部２５が２つの肩部駆動モータ４２，４３（図４参照）により軸２７の回りに回転駆動され、２つの腕部１４は、２つの腕部駆動モータ４４，４５（図４参照）により軸２８の回りに回転駆動される。従って、腕部１４は、肩部２５を介して前後方向及び左右方向にそれぞれ揺動可能となっている。【００２１】
走行部１１は、脚部１５と、この脚部１５の下端部に固定的に設けられたフレーム部材１６と、このフレーム部材１６の左右両端部に回転自在に設けられた２つの走行輪３０とを有する。【００２２】
脚部１５は、連結部３１を介して胴体部１２と相対回転可能に連結されている。図３に示すように、連結部３１は、連結軸３２と、２つのプーリ３３，３４と、これら２つのプーリ３３，３４に懸架されたベルト３５と、プーリ３４を回転駆動する胴体駆動モータ３６（回転駆動手段）とを有する。【００２３】
連結軸３２の上端部は胴体部１２の下端部の中心部分に固定され、連結軸３２の下端部は脚部１５に回転自在に支持されている。また、この連結軸３２は内部に空洞を有する中空軸であり、その内部には、モータ類等への電力供給用ケーブルや制御用ケーブルなどが配設されている。【００２４】
２つのプーリ３３，３４のうち、一方のプーリ３３は連結軸３２の長手方向途中部に固定的に設けられ、他方のプーリ３４は胴体駆動モータ３６の出力軸に同軸状に取り付けられている。従って、胴体駆動モータ３６によりプーリ３４が回転駆動されると、その回転がベルト３５及びプーリ３３を介して連結軸３２に伝達されて、胴体部１２が連結軸３２と一体的に走行部１１に対して相対回転する。【００２５】
２つの走行輪３０は、２つの車輪駆動モータ４０，４１（図４参照：走行駆動手段）にそれぞれ連結されている。また、フレーム部材１６の前後両端部には２つの補助輪（キャスター）３７が回転自在に設けられている。そして、走行部１１は、２つの車輪駆動モータ４０，４１により２つの走行輪３０が回転駆動されるとともに、２つの補助輪３７が従動回転することで、平坦な走行面上を走行することが可能となっている。また、２つの車輪駆動モータ４０，４１により、左右２つの走行輪３０を異なった回転速度で回転駆動して両輪間に差動を生じさせることで、走行部１１の向き（走行方向）を任意の方向に変えることが可能である。【００２６】
ところで、前述したように、本体部１０（胴体部１２）が走行部１１（脚部１５）に対して回転可能であるため、走行部１１が所定の方向に走行している状態で、胴体部１２の正面を走行部１１の走行方向と異なる方向に向けることが可能である。従って、案内ロボット１は、ディスプレイ２０やＣＣＤカメラ２２等が設けられた胴体部１２の正面を被案内者に常に向けながら、走行することが可能となっている。この構成については後ほどさらに詳しく説明する。【００２７】
次に、制御装置１７を中心とする案内ロボット１の電気的な構成について、図４のブロック図を参照して説明する。制御装置１７は、中央演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、案内ロボット１の各部の制御を行うためのプログラムやデータ等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵで処理されるデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。【００２８】
この制御装置１７には、複数の位置検出センサ２１、ＣＣＤカメラ２２、及び、マイク２３で取得された、被検出体に関する情報（位置情報、視覚情報、音声情報など）が入力される。また、ディスプレイ２０及びスピーカー２４に対して、被案内者に伝達すべき情報（文字情報や音声メッセージ等）を出力する。さらに、制御装置１７は、位置検出センサ２１やＣＣＤカメラ２２等により取得された被案内者に関する情報に基づいて、モータ３６，４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６をそれぞれ制御して案内ロボット１の各部（胴体部１２、頭部１３、肩部２５、腕部１４、及び、走行輪３０）を駆動し、ＲＯＭに記憶されたプログラムによって設定された所定の案内動作を行う。【００２９】
この制御装置１７による案内ロボット１の一連の案内動作制御について、図５のフローチャートと図６、図７を参照してさらに具体的に説明する。尚、図６、図７においては、案内ロボット１の腕部１４の表示は省略されている。【００３０】
まず、案内ロボット１が物体に近づくことにより、あるいは、物体が接近してくることにより、図６に示すように、胴体部１２に設けられた複数の位置検出センサ２１の何れか１つによって検出可能エリアＡ内に物体５０が存在することが検出されたときには（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、位置検出センサ２１により検出された物体５０の位置情報に基づいて、胴体駆動モータ３６と頭部駆動モータ４６により胴体部１２と頭部１３をそれぞれ回転駆動して、胴体部１２と頭部１３の正面を物体５０（被検出体）に向ける（Ｓ１１）。そして、頭部１３の正面に設けられたＣＣＤカメラ２２により被検出体５０を撮影して、この被検出体５０の外形の画像データを取得する。【００３１】
次に、ＣＣＤカメラ２２により得られた画像データに基づいて、制御装置１７が、被検出体５０が人間であるか否かを判断する（Ｓ１２）。例えば、ＣＣＤカメラ２２により得られた被検出体５０の画像データを制御装置１７が分析して、その画像データから人間の顔を確認できるか否かによって、被検出体５０が人間であるかを判断することができる。ここで、顔確認のための画像データの分析は、位置検出センサ２１により被検出体５０が検出されたときにのみ行えばよいことから、制御装置１７の負荷はかなり低減される。また、位置検出センサ２１により得られた被検出体５０の位置情報から、制御装置１７は、ＣＣＤカメラ２２で得られた画像データのどの部分に顔のデータがあるかを推測することができる。従って、制御装置１７は、得られた画像データの全てを分析する必要はなく、顔があると推測される部分のみを分析して、顔の有無を判断することができるため、顔確認に要する制御装置１７の負荷がさらに低減される。【００３２】
被検出体５０が人間であることが確認された場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、車輪駆動モータ４０，４１により２つの走行輪３０を回転駆動し、走行部１１を走行させて人５０に近づき、その人５０が案内ロボット１による案内を必要としているかを確認する（Ｓ１３）。例えば、スピーカー２４から音声メッセージを人５０に向けて発信した後に、人５０からの返答をマイク２３で取得することにより、案内要求の有無を確認することができる。あるいは、ディスプレイ２０にメッセージを表示した後に、そのメッセージに対する返答が人５０によりディスプレイ２０に設けられたタッチパネルから入力されることにより、案内要求の有無を確認することもできる。【００３３】
検出された人５０が案内を必要としていることが確認された場合には（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、案内ロボット１は案内動作を開始する（Ｓ１４）。即ち、ディスプレイ２０に所定の文字情報や画像情報を表示させるとともに、スピーカー２４及びマイク２３により被案内者５０と音声情報のやりとり（会話）を行い、さらに、肩部２５を上げて腕部１４で目標を指さす、腕部１４を上下左右に揺動させて身振り手振りさせる、あるいは、頭部１３を回動させるなどの様々なジェスチャーを交えながら、走行部１１を走行させて、被案内者５０を目標位置まで誘導する。【００３４】
ここで、案内動作中には、案内ロボット１は、位置検出センサ２１により被案内者５０の位置を常に把握している。そして、本体部１０（胴体部１２及び頭部１３）の正面が被案内者５０の方を向いていない場合には（Ｓ１５：Ｎｏ）、制御装置１７は、被案内者５０の位置情報に基づいて胴体駆動モータ３６を制御して、胴体部１２とこの胴体部１２に設けられた頭部１３の正面が被案内者５０を向くように、図７に示すように、胴体部１２を走行部１１に対して回転させる（Ｓ１６）。尚、胴体部１２と頭部１３の正面の向きが異なっている場合には、制御装置１７は、頭部駆動モータ４６を制御して、胴体部１２と同じ向きを向くように頭部１３を回転させる。【００３５】
つまり、走行中であっても、胴体部１２の正面に設けられたディスプレイ２０や、頭部１３の正面に設けられたＣＣＤカメラ２２、マイク２３、スピーカー２４は、常に被案内者５０を向くことになる。従って、被案内者５０に関する情報、例えば、被案内者５０の体型や姿勢、しぐさなどの視覚情報や、被案内者５０が発する音声情報などを、ＣＣＤカメラ２２及びマイク２３により確実に取得することができる。また、ディスプレイ２０やスピーカー２４が被案内者を向いた状態で文字情報、画像情報、あるいは、音声情報を、ディスプレイ２０やスピーカー２４から被案内者５０に向けて発信するため、被案内者５０がそれらの情報を確実に取得することができるようになる。従って、案内ロボット１は被案内者と対話しながら走行することが可能となる。さらに、胴体部１２の正面が被案内者５０を向いていることから、この胴体部１２に設けられた左右の腕部１４や頭部１３を用いたジェスチャーを被案内者５０が正面から見ることができるため、ジェスチャーを認識しやすくなり、このようなジェスチャーによる案内効果が高まる。【００３６】
また、位置検出センサ２１により検出された案内ロボット１と被案内者５０との距離が、情報を相互に伝達する（コミュニケーションを行う）ことが可能な所定の範囲から外れたときには（Ｓ１７：Ｎｏ）、制御装置１７は、被案内者５０の位置情報に基づいて車輪駆動モータ４０，４１を制御して、被案内者５０との距離が所定の範囲内となるように走行部１１の走行方向や走行速度を変更する（Ｓ１８）。つまり、走行部１１は、案内ロボット１と被案内者５０との距離を所定の範囲内に保ちながら走行するため、案内ロボット１が被案内者５０に接近しすぎたり離れすぎたりすることがないことから、案内ロボット１は、走行中も継続して、被案内者５０との間でコミュニケーションを確実に行うことができる。【００３７】
そして、案内ロボット１は、前述のＳ１５〜Ｓ１８のステップを繰り返しながら所定の案内動作を行い、被案内者５０を目標位置へ案内し終えたら（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、Ｓ１０に戻って別の被案内者の案内を行う。【００３８】
以上説明した本実施形態の案内ロボット１においては、本体部１０の胴体部１２と走行部１１とが相対回転可能に連結されており、制御装置１７は、位置検出センサ２１により検出された被案内者の位置に基づいて、本体部１０（胴体部１２及び頭部１３）の正面が常に被案内者を向くように、胴体駆動モータ３６を制御して本体部１０を走行部１１に対して相対回転させる。そのため、案内ロボット１の走行中においても、本体部１０の、ＣＣＤカメラ２２、マイク２３、スピーカー２４、ディスプレイ２０等が設けられている正面部分が常に被案内者に向くことになり、被案内者との間で相互の情報伝達を確実に行うことができる。また、歩行する被案内者と平行に走行しながら胴体部１０を被案内者に向けることができるため、腕部１４や頭部１３によるジェスチャーを被案内者が認識しやすくなり、ジェスチャーによる案内効果が高まる。【００３９】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。【００４０】
１］走行部１１の走行中に本体部１０の正面を被検出体に向けるには、位置検出センサ２１は少なくとも被検出体が存在する方向を検出できればよく、案内ロボット１からの被検出体の離隔距離まで検出可能であることは必ずしも必要ではない。例えば、位置検出センサ２１として、前述した超音波センサやレーザーセンサの代わりにマイク２３が用いられて、このマイク２３により音源である被検出体の方向を検出するように構成されてもよい。【００４１】
２］ＣＣＤカメラ２２、マイク２３、スピーカー２４、及び、ディスプレイ２０の位置は適宜変更可能である。まず、ＣＣＤカメラ２２、マイク２３、スピーカー２４、及び、ディスプレイ２０が、全て本体部１０の正面に設けられている必要はない。例えば、指向性のない（全指向性）のマイクが用いられる場合には、どの方向からでも音声情報を取得することができるため、マイクは、本体部１０の正面に設けられる必要はない。また、ＣＣＤカメラ２２、マイク２３、スピーカー２４、及び、ディスプレイ２０の少なくとも１つが、本体部１０の正面以外の部分（例えば、側面）に設けられて、この部分が走行中に常に被検出体を向くように構成されていてもよい。【００４２】
さらに、ＣＣＤカメラ２２、マイク２３、スピーカー２４の少なくとも１つが胴体部１２に設けられていてもよいし、逆に、ディスプレイ２０が頭部１３に設けられていてもよい。【００４３】
３］前記実施形態は、人を目標位置まで案内する案内ロボットに本発明を適用した一例であるが、本発明を適用できるロボットは案内ロボットに限られない。例えば、人に食事を運ぶ配膳用ロボットや人に勉強を教える教育用ロボットなど、走行しながら人とコミュニケーションを行うことが求められる種々のロボットに本発明を適用することが可能である。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2007132571.tif 000011
2007132571.tif 000012
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