JPH02118712A - 座標入力装置 - Google Patents

座標入力装置

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JPH02118712A
JPH02118712A JP63270697A JP27069788A JPH02118712A JP H02118712 A JPH02118712 A JP H02118712A JP 63270697 A JP63270697 A JP 63270697A JP 27069788 A JP27069788 A JP 27069788A JP H02118712 A JPH02118712 A JP H02118712A
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vibration
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Atsushi Date
厚 伊達
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は座標入力装置、特に振動ペンから入力された振
動を振動伝達板に複数設けられた振動センサにより検出
して前記振動ペンの振動伝達板上での座標を検出する座
標入力装置に関するものである。
[従来の技術] 従来より手書きの文字、図形などをコンピュータなどの
処理装置に入力する装置として各種の入力ペンおよびタ
ブレットなどを用いた座標入力装置が知られている。こ
の種の方式では入力された文字、図形などからなる画像
情報はCRTデイスプレィなどの表示装置やプリンタな
どの記録装置に出力される。
特に、入力タブレットを表示器や原稿上に配置し、座標
入力を行なう方式では、タブレットをガラス、プラスチ
ックなどの透明材料から構成できる超音波振動を用いた
方式が知られている。
この種の装置では、振動伝達板を伝わってくる弾性彼娠
動を圧電素子などを用いた機械/電気変換素子によって
検出し、この変換素子の出力を所定のゲインで増幅した
後所定の波形検出を行なって撮動伝達タイミングを決定
し、振動伝達時間から座標値を算出している。
[発明が解決しようとする課題] 従来では振動センサの出力信号が一定のゲインで増幅さ
れることが多く、検出信号のダイナミックレンジが広い
場合には増幅回路のダイナミックレンジが足りなくなっ
てしまい、微弱な入力信号を充分なゲインで増幅するこ
とができなくなることがある。例えば座標入力点が振動
センサから遠い場合などにおいて、座標検出が不安定に
なったり、精度が低下するという問題があった。
従来では振動センサの検出信号レベルに応じて増幅回路
のゲインを自動的に調節するAGC制御が考えられては
いるが、従来のこの種の装置におけるAGC制御はセン
サに振動が入力されてから座標算出のための遅延時間を
測定するまでの間に必要なゲインを決定しなければなら
ない。そのため、従来装置では充分なAGC制御のレス
ポンスを得ることができず、上記の問題を解決すること
ができなかった。
逆に、AGC制御のレスポンスの遅さを考慮して、ある
いは一定のAGC制御のレスポンス時間を設定するなど
し、入力開始直後の第1魚目の座1票を無視し正確な振
動検出信号にのみ基づき座標検出を行なう方法も考えら
れているが、連続していない座標が飛び飛びに入力され
た場合に座標を検出できなくなる場合がある。
本発明の課題は以上の問題を解決することである。
[課題を解決するための手段] 以上の課題を解決するために、本発明においては、振動
ペンから入力された振動を振動伝達板に複数設けられた
振動センサにより検出して前記振動ペンの振動伝達板上
での座標を検出する座標入力装置において、前記振動セ
ンサの出力を可変ゲインで増幅する手段と、前記振動セ
ンサの出力レベルを検出する手段と、前記振動ペンによ
り座標検出サイクルの初期段階において所定の振動入力
を行なわせ、前記検出手段の出力する振動センサの出力
レベルに応じて前記増幅手段の増幅率を設定する制御手
段を設けた構成を採用した。
[作 用] 以上の構成によれば、座標検出サイクルの初期段階にお
いて、実際に振動伝達板を介して伝達された振動の検出
信号に基づき振動検出信号の適当なゲインを設定できる
[実施例] 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説明
する。
第1図(A)は本発明を採用した情報入出力装置の構造
を示している。第1図(A)の情報入出力装置は振動伝
達板8からなる入力タブレットに撮動ペン3によって座
標入力を行なわせ、入力された座標情報に従って入力タ
ブレットに重ねて配置されたCRTあるいはLCD (
液晶表示器)などから成る表示器11’に入力画像を表
示するものである。
図において符号8で示されたものはアクリル、ガラス板
などから成る振動伝達板で振動ペン3から伝達される振
動をその角部に3個設けられた振動センサ6に伝達する
。撮動ペン3から振動伝達板8を介して振動センサ6に
伝達される超音波振動の伝達時間を計測することによっ
て、振動ペン3の振動伝達板8上での座標を検出するこ
とができる。
振動伝達板8は振動ペン3から伝達された撮動が周辺部
で反射されて中央部の方向に戻るのを防止するためにそ
の周辺部分をシリコンゴムなどから構成された反射防止
材7によって支持されている。
振動伝達板8はCRT(あるいは液晶表示器など)など
、ドツト表示が可能な表示器11′上に配置され、振動
ペン3によりなぞられた位置にドツト表示を行なうよう
になっている。すなわち、検出された振動ペン3の座標
に対応した表示器11′上の位置にドツト表示が行なわ
れ、振動ペン3により入力された点、線などの要素によ
り構成される画像はあたかも紙に書き込みを行なったよ
うに振動ペンの軌跡の後に現れる。
また、このような構成によれば表示器11′にはメニュ
ー表示を行ない、振動ペンによりそのメニュー項目を選
択させたり、プロンプトを表示させて所定の位置に振動
ベン3を接触させるなどの入力方式を用いることもでき
る。
振動伝達板8に超音波振動を伝達させる振動ベン3は、
内部に圧電素子などから構成した振動子4を有しており
、振動子4の発生した超音波振動を先端が尖ったホーン
部5を介して振動伝達板8に伝達する。
第2図は撮動ペン3の構造を示している。振動ベン3に
内蔵された振動子4は、振動子駆動回路2により駆動さ
れる。振動子4の駆動信号は第1図(A)の演算および
制御回路1から低レベルのパルス信号として供給され、
低インピーダンス駆動が可能な振動子駆動回路2によっ
て所定のゲインで増幅された後、振動子4に印加される
電気的な駆動信号は振動子4によって機械的な超音波振
動に変換され、ホーン部5を介して振動板8に伝達され
る。
振動子4の振動周波数はアクリル、ガラスなどの振動伝
達板8に板波を発生させることができる値に選択される
。また、振動子駆動の際、振動伝達板8に対して第2図
の垂直方向に振動子4が主に振動するような振動モード
が選択される。また、振動子4の振動周波数を振動子4
の共振周波数とすることで効率のよい振動変換が可能で
ある。
上記のようにして振動伝達板8に伝えられる弾性波は板
波であり、表面波などに比して振動伝達板8の表面の傷
、障害物などの影響を受けにくいという利点を有する。
再び第1図(A)において、振動伝達板8の角部に設け
られた振動センサ6も圧電素子などの機械〜電気変換素
子により構成される。F耳11カー借十七3つの振動セ
ンサ 6の各々の出力信号はVCA回路112、レベル検出回
路113を介して波形検出回路9に入力され、後述の波
形検出処理により、各センサへの振動到着タイミングを
検出する。この検出タイミング信号は演算制御回路1に
入力される。VCA回路112は、レベル検出回路11
3によりゲイン制御を受ける@VCA回路112の増幅
率は、演算制御回路1からの入力電圧値により制御され
る。
第1図(B)、(C)に第1図(A)のレベル検出回路
113およびVCA回路112の構成を示す。第1図(
B)、(C)に示すものは第1図(A)のセンサ1つ分
の回路である。
第1図(B)において、振動センサ6の出力信号はA/
Dコンバータ801に入力され、所定ビット幅のデジタ
ルデータに変換される。このデジタルデータはラッチ回
路804および比較器(デジタル)803にそれぞれ入
力される。ラッチ回路804のデータラッチは、比較器
803がラッチ回路804の出力データと、A/Dコン
バータ801の出力データを比較し、新しい入力データ
の方がラッチ出力よりも大きい場合にのみ行なわれる。
すなわち、つまりレベル検出回路113は振動センサ6
の出力レベルのピーク値をデジタル的にラッチするもの
である。
なお、A/Dコンバータ801および比較器803のA
/D変換、比較処理はクロック発生回路802の発生す
るクロックに基づいて行なわれる。
ラッチ回路804の出力は信号線806を介して演算制
御回路1内のマイクロコンピュータに入力される。演算
制御回路1側では、入力されたレベルデータに基づきV
CA回路112の増幅率を制御する。
次に第1図(C)において、VCA回路112は増幅の
ためのオペアンプ902とその増幅率を決定する抵抗9
03.904および抵抗903.904によるフィード
バック電圧を決定するスイッチ905から構成されてい
る。
撮動センサ6の出力が入力されるオペアンプ902のフ
ィードバック回路は抵抗903、抵抗904、スイッチ
905から構成される。抵抗904はそれぞれ一端が並
列に接続された抵抗値R3、R4・・・の抵抗で、これ
らの抵抗の他端はスイッチ905の独立して演算制御回
路1により制御される接点の一端に接続されている。ス
イッチ905の各素子の他端は接地される。従って、抵
抗904の各抵抗値に重みづけを行ない、スイッチ90
5を介して適当な抵抗値を選択することによって、オペ
アンプ202の増幅率を所望に制御できる。
ここで、第1図(D)を参照してVCA回路112、レ
ベル検出回路113および演算制御回路1による振動セ
ンサ6の振動検出信号の増幅制御につき説明しておく。
第1図(D)は振動伝達板8に対する入力振動、および
振動センサ6以後の検出系の撮動検出信号波形を示して
いる。第1図(D)の信号処理は、振動ペン3が振動伝
達板8上に下される(ペンダウン)ごとに繰り返し行な
われるものとする。
第1図(D)の最上段は、振動ペン3の振動子駆動回路
2を介した駆動パルスの波形を示している。演算制御回
路1は振動子駆動回路2を介して振動ペン3に間欠的に
振動発生をおこなわせるが、最初の振動はレベルを検出
するためのもので、最初に1発のパルス701のみを出
力し、その後散発のパルスからなる駆動信号702を出
力する。
振動ペン3が振動伝達板に接していれば振動が振動伝達
板を通じてセンサで検出され、第1図(D)2段目に符
号703で示すような波形として検出される。
この検出波形はレベル検出回路113に入力される。レ
ベル検出回路113は第1図(B)に示すような構成と
なっており、入力波形はA/Dコンバータ801によっ
てデジタル信号704(3段目)に変換される。
変換のためのサンプリングクロックはクロック発生回路
802によって生成され、このクロックは同時に比較器
803にも入力される。
A/Dコンバータ801が出力するデジタルレベル信号
805はラッチ回路804と比較器803に入力される
。ラッチ回路804のラッチ内容は、はじめに演算制御
回路1内のマイクロコンピュータ11(後述:第3図参
照)からのクリア信号によってOにクリアされているも
のとする。
ラッチ回路804では、クロック発生器802によるク
ロックのタイミングでラッチ出力806とデジタルレベ
ル信号805の大小を比較し、デジタルレベル信号80
5の方が大きかった場合にはラッチ回路804に対して
ラッチクロックを出力する。すると、現在のデジタルレ
ベル信号805の内容がラッチ回路にラッチされ、マイ
クロコンピュータ11に出力されると同時に次の入力と
比較される。このような処理を行なうことによって、7
03のような入力があった場合、符号704に示すよう
なレベルの信号を表すデジタル信号がマイクロコンピュ
ータ11に出力される。マイクロコンピュータ11では
、振動を加えてしばらくしてからの信号を読むことによ
って、検出波形のレベルを知ることができる。
次にマイクロコンピュータはクリア信号705を出力し
、ラッチ回路804のラッチをクリアし、ただちに2回
目の振動を与える(符号702)。同時に、レベル検出
回路からの検出信号に基づいて増幅率を選択するための
電圧信号を第1図(A)の信号線114を介してVCA
回路112へ出力する。
VCA回路112は、演算制御回路からの増幅率選択信
号によってアナログスイッチ分905の中から選択され
たスイッチがオンとなり、抵抗904の組み合せによっ
て種々の抵抗値が選ばれる。アンプ902の増幅率はR
1901、R2903および上記904の抵抗値で決定
されるので、入力信号を座標検出に必要かつ充分な振幅
にまで増幅できる増幅率を選択することができる。
1回目の入力振動701に続いて、所定時間後に入力さ
れる複数のパルスからなる2回目の振動702の検出波
形はVCA回路112で増幅され、第1図(D)の符号
422のような波形として信号波形検出回路に入力され
、2回目の振動と同期して座標演算用の回路が起動され
る。
以上の構成によれば、振動検出開始直後のパルス1つで
撮動センサ6の出力信号の増幅率を決定し、その後所定
時間後に入力される複数のパルスからなる振動検出信号
から後述の波形処理、演算を介して正確な座標値を得る
ことができる。以上の構成によれば、座標入力点がセン
サから遠くなったり入力ペンによる筆圧が変化して入力
信号が弱くなった場合でも増幅回路の増幅率が適宜調節
され、充分大きな検出信号を得ることができるから、精
度の高い座標検出が行なえる。
特にCADなどの用途におけるように、入力面外力 上の種々の位置で座標点の左前が行なわれる場合でも正
確な座標入力が可能である。さらにレベル制御により見
かけ上の入力ダイナミックレンジが向上するため、より
広い入力面積の大型なタブレットにも容易に対応できる
次に、信号波形検出回路9以降の座標検出処理につき説
明する。
演算制御回路1は波形検出回路から入力された検出タイ
ミングにより各センサへの振動伝達時間を検出し、さら
にこの振動伝達時間から撮動ベン3の振動伝達板8上で
の座標入力位置を検出する。
検出された振動ペン3の座標情報は演算制御回路1にお
いて表示器11′による出力方式に応じて処理される。
すなわち、演算制御回路は入力座標情報に基づいてビデ
オ信号処理装置10を介して表示器11′の出力動作を
制御する。
第3図は第1図(A)の演算制御回路1の構造を示して
いる。ここでは主に振動ベン3の駆動系および振動セン
サ6による振動検出系の構造を示している。
マイクロコンピュータ11は内部カウンタ、ROMおよ
びRAMを内蔵している。駆動信号発生回路12は第1
図(A)の撮動子駆動回路2に対して所定周波数の駆動
パルスを出力するものである。
カウンタ13の計数値はマイクロコンピュータ11によ
りラッチ回路14にラッチされる。
一方、波形検出回路9は、振動センサ6の出力から後述
のようにして、座標検出のための振動伝達時間を計測す
るための検出信号のタイミング情報、および筆圧検出の
ための信号レベル情報を曝出力する。これらのタイミン
グおよびレベル情報は、入力ボート15および16にそ
れぞれ入力される。
波形検出回路9から入力されるタイミング信号は入力ボ
ート15に入力され、判定回路17によってラッチ回路
14内の計数値と比較され、その結果がマイクロコンピ
ュータ11に伝えられる。
すなわち、カウンタ13の出力データのラッチ値として
振動伝達時間が表現され、この振動伝達時間値により座
標演算が行なわれる。
表示器11′の出力制御処理は入出力ボート17を介し
て行なわれる。またマイクロコンピュータ1日よ第1図
(A)のVCA回路112、レベル検出回路113と接
続されている。
第4図は第1図(A)の波形検出回路9に入力される検
出波形と、それに基づく振動伝達時間の計測処理を説明
するものである。第4図において符号41で示されるも
のは振動ベン3に対して印加される駆動信号パルスであ
る。このような波形により駆動された振動ベン3から振
動伝達板8に伝達された超音波振動は振動伝達板8内を
通って振動センサ6に検出される。
振動伝達板8内を振動センサ6までの距離に応じた時間
tgをかけて進行した後、撮動は振動センサ6に到達す
る。第4図の符号42は振動センサ6が検出した信号波
形を示している0本実施例において用いられる板波は分
散性の波であり、そのため検出波形のエンベロープ42
1と位相422の関係は振動伝達距離に応じて変化する
ここで、エンベロープの進む速度を群速度Vg、位相速
度をVpとする。この群速度および位相速度の違いから
振動ベン3と振動センサ6間の距離を検出することがで
きる。
まず、エンベロープ421のみに着目すると、その速度
はVgであり、ある特定の波形上の点、たとえばピーク
を第4図の符号43のように検出すると、振動ベン3お
よび振動センサ6の間の距離dはその振動伝達時間をt
gとして d=Vg −tg            ・・・(1
)この式は振動センサ6の1つに関するものである−・
が、同じ式により他の2つの振動センサ6と振動ベン3
の距離を示すことができる。
さらに、より高精度な座標値を決定するためには、位相
信号の検出に基づく処理を行なう。第4図の位相波形4
22の特定の検出点、たとえば振動印加から、ピーク通
過後のゼロクロス点までの時間をtpとすれば振動セン
サと振動ベンの距離は d冨n・λp+vp−tp      ・・・(2)と
なる。ここでλpは弾性波の波長、nは整数である。
前記の(1)式と(2)式から上記の整数nはn工[(
Vg−tg−Vp−tp)/λp+1/N]   ・・
・(3) と示される。ここでNは0以外の実数であり、適当な数
値を用いる。たとえばN=2とし、群遅延時間tgのゆ
らぎが±172波長以内であれば、nを決定することが
できる。
上記のようにして求めたnを(2)式に代入することで
、振動ベン3および振動センサ6間の距離を正確に測定
することができる。
第4図に示した2つの振動伝達時間tgおよびtpの測
定は、第1図(A)の波形検出回路9によって行なわれ
る。この波形検出回路9はたとえば第5図に示すように
構成することができる。
第5図において、振動センサ6の出力信号はVCA回路
112により所定のレベルまで増幅される。
増幅された信号はエンベロープ検出回路52に入力され
、検出信号のエンベロープのみが取り出される。抽出さ
れたエンベロープのピークのタイミングはエンベロープ
ピーク検出回路53によって検出される。ピーク検出信
号はモノマルチバイブレータなどから構成された信号検
出回路54によって所定波形のエンベロープ遅延時間検
出信号Tgが形成され、演算制御回路1に入力される。
また、このTg傷信号タイミングと、遅延時間調整回路
57によって遅延された元信号から検出回路58により
位相遅延時間検出信号”rpが形成され、演算制御回路
1に入力される。
以上に示した回路は撮動センサ6の1つ分のもので、他
のそれぞれのセン、すに対しても同じ回路が設けられる
。センサの数を一般化してh個とすると、エンベロープ
遅延時間Tgl〜h1位相遅延時間Tpl〜hのそれぞ
れh個の検出信号が演算制御回路1に入力される。
第3図の演算制御回路では上記のTgl〜h1Tp1〜
h信号を入力ポート15から入力し、各々のタイミング
をトリガとしてカウンタ13のカウント値をラッチ回路
14に取り込む、前記のようにカウンタ13は撮動ベン
の駆動と同期してスタートされているので、ラッチ回路
14にはエンベロープおよび位相のそれぞれの遅延時間
を示すデータが取り込まれる。
第6図のように撮動伝達板8の角部に3つの振動センサ
6を符号S1からS3の位置に配置すると、第4図に関
連して説明した処理によって振動ベン3の位置Pから各
々の振動センサ6の位置までの直線路Ml di〜d3
を求めることができる。
さらに演算制御回路1でこの直線路11dl〜d3に基
づき振動ベン3の位置Pの座標(x。
y)を3平方の定理から次式のようにして求めることが
できる。
x=X/2+ (dl+d2)(di−d2)/2x 
  ・・・(4) y=Y/2+ (dl+d3)(di−d3)/2Y 
  ・・・(5) ここでX、YはS2.S3の位置の振動センサ6と原点
(位置sBのセンサのX%Y軸に沿た距離である。
以上のようにして撮動ベン3の位置座標をりしルタイム
で検出することができる。
なお、上記実施例において、レベル検出回路を第7図の
ようにA/Dコンバータ801のみから構成してもよい
。この場合、第1の振動による検出波形はデジタル信号
に変換され、直接マイクロコンピュータ11に入力され
る。ピーク検出は以下に示すように演算制御回路1のソ
フトウェアにより行なう。
演算制御回路1では、第8図に示す処理に従って入力信
号のレベルを検出する。第1回目の振動を与えると同時
にこのプログラムはスタートし、まずステップ5111
においてデジタル化した入力信号の値をメモリL1に記
憶する。
次にステップ5112へ進み、すぐ次の信号をメモリL
2に記憶する。ステップ5113ではメモリL1とL2
の内容を比較し、メモリL2の方が大きければステップ
5114へ、そうでなければステップ5115に進む。
ステップ5114では現在のメモリL2の内容をメモリ
L1へ移してステップ5112へ戻る。
ステップ5115ではメモリL2が0になったかどうか
を調べ、そうであればステップ5116に進んで現在の
メモリL2の値を最大値としてメモリMAXに格納し、
そうでなければステップ5112に戻る。
以上のようにソフトウェア処理によっても入力波形のピ
ークを検出することができる。その後の処理は前述と全
く同じである。
[発明の効果] 以上から明らかなように、本発明によれば、振動ペンか
ら入力された撮動を振動伝達板に複数設けられた振動セ
ンサにより検出して前記振動ペンの振動伝達板上での座
標を検出する座標入力装置において、前記振動センサの
出力を可変ゲインで増幅する手段と、前記振動センサの
出力レベルを検出する手段と、前記振動ペンにより座標
検出サイクルの初期段階において所定の振動入力を行な
わせ、前記検出手段の出力する振動センサの出力レベル
に応じて前記増幅手段の増幅率を設定する制御手段を設
けた構成を採用しているので、座標検出サイクルの初期
段階において、実際に振動伝達板を介して伝達された振
動の検出信号に基づき振動検出信号の適当なゲインを設
定でき、正確な振動検出信号に基づき高精度な座標検出
を行なえ、さらに適当なレベル制御により、入力ダイナ
ミックレンジが向上するので、入力面の面積が広い場合
にも容易に対応できるなどの優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)は本発明による座標入力装置の構成を示し
た5と著i3多図、第1図(B)は第1図(A)のレベ
ル検出回路を示すブロック図、第1図(C)は第1図(
A)の増幅率可変増幅回路を示すブロック図、第1図(
D)は振動ペンの駆動波形と検出波形を示した波形図、
第2図は第1図(A)の撮動ペンの構成を説明する説明
図、第3図は第1図(A)の演算制御回路の構成を示す
ブロック図、第4図は距離測定を示した波形図、第5図
は第1図(A)の波形検出回路のブロック図、第6図は
撮動センサ取付位置の説明図、第7図は本発明による他
の実施例におけるレベル検出回路の構成を示すブロック
図、第8図は他の実施例におけるレベル検出の手順を示
すフローチャート図である。 1・・・演算制御回路 3・・・振動ペン4・・・楯勅
子    6・・・振動センサ8・・・振動伝達板 112・・・VCA回路 113・・・レベル検出回路
801・・・A/Dコンバータ 803・・・比較回路  804・・・ラッチ回路、−
−J ム七 Cjご 4hI% u [有]し 濠ヂう狛ン壮1D語のフ゛′o−7フ必第5図 ↑υ−で−す匁イ4框置のもに明配 第6図 ヂGし1ベルギ忙2ニ〔〕ト(め)−0−、フ≦D第7

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)振動ペンから入力された振動を振動伝達板に複数設
    けられた振動センサにより検出して前記振動ペンの振動
    伝達板上での座標を検出する座標入力装置において、前
    記振動センサの出力を可変ゲインで増幅する手段と、前
    記振動センサの出力レベルを検出する手段と、前記振動
    ペンにより座標検出サイクルの初期段階において所定の
    振動入力を行なわせ、前記検出手段の出力する振動セン
    サの出力レベルに応じて前記増幅手段の増幅率を設定す
    る制御手段を設けたことを特徴とする座標入力装置。
JP63270697A 1988-10-28 1988-10-28 座標入力装置 Pending JPH02118712A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7679997B2 (en) 2006-06-05 2010-03-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for estimating position of robot

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7679997B2 (en) 2006-06-05 2010-03-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for estimating position of robot

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