特開 2024-159125 作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を評価するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024159125

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を評価するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20241031BHJP

   E02F 9/24 20060101ALI20241031BHJP

   A61B 5/107 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 230

E02F9/24 B

A61B5/107 300

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023074913

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】川口 紗奈

(72)【発明者】

【氏名】古谷 健

(72)【発明者】

【氏名】和田 侑加

(72)【発明者】

【氏名】小林 優樹

(72)【発明者】

【氏名】松本 潤

(72)【発明者】

【氏名】中田 和志

(72)【発明者】

【氏名】辻本 直樹

(72)【発明者】

【氏名】丸山 翼

(72)【発明者】

【氏名】ソーントン ジョン カラム

(72)【発明者】

【氏名】多田 充徳

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 維

【テーマコード（参考）】

2D015

4C038

【Ｆターム（参考）】

2D015GB06

4C038VA04

4C038VB11

4C038VB14

4C038VB40

(57)【要約】

【課題】作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を容易、且つ、精度よく評価する。
【解決手段】システムは、データベースとプロセッサとを備える。データベースは、基準モーションデータを含む。基準モーションデータは、第１作業機械に対して所定の作業中の第１の人の動作と、動作中の第１の人への反力とを示す。プロセッサは、第１作業機械と異なる第２作業機械の拘束条件を示す第２機械データを取得する。プロセッサは、第１の人と異なる第２の人の拘束条件を示す第２人データを取得する。プロセッサは、第２機械データと第２人データとに基づいて、基準モーションデータを参照して、第２作業機械に対して所定の作業中の第２の人の動作と第２の人への反力とを算出し、第２の人への身体的な負担を示す身体指標を算出する。プロセッサは、身体指標に基づいて第２の人への身体的な負担を定量的に評価する。
【選択図】図１３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を評価するためのシステムであって、前記作業機械と前記人とのそれぞれは、前記動作を規定する拘束条件を有し、
第１作業機械に対して所定の作業中の第１の人の動作と、前記動作中の前記第１の人への反力とを示す基準モーションデータを含み、前記基準モーションデータには、前記第１作業機械の前記拘束条件を示す第１機械データと、前記第１の人の前記拘束条件を示す第１人データとが割り当てられているデータベースと、
プロセッサと、
を備え、
前記プロセッサは、
前記第１作業機械と異なる第２作業機械の前記拘束条件を示す第２機械データを取得し、
前記第１の人と異なる第２の人の前記拘束条件を示す第２人データを取得し、
前記第２機械データと前記第２人データとに基づいて、前記基準モーションデータを参照して、前記第２作業機械に対して前記所定の作業中の前記第２の人の動作と前記第２の人への反力とを算出し、
前記第２の人の動作と前記第２の人への反力とに基づいて前記第２の人への身体的な負担を示す身体指標を算出し、
前記身体指標に基づいて前記第２の人への身体的な負担を定量的に評価する、
システム。

【請求項2】

前記身体指標は、前記第２の人の関節の位置を含む、
請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記身体指標は、前記第２の人の関節の角度を含む、
請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記身体指標は、前記第２の人の関節トルクを含む、
請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記プロセッサは、前記第２作業機械に対して前記所定の作業中の前記第２の人の動作を示す推定モーションデータを生成する、
請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

ディスプレイをさらに備え、
前記プロセッサは、前記推定モーションデータに従って動作するデジタルヒューマンを前記ディスプレイに表示する、
請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記プロセッサは、前記第２の人への身体的な負担に応じて前記デジタルヒューマンを部分的に異なる色で表示する、
請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記所定の作業は、前記作業機械への乗り込みであり、
前記作業機械は、手すり、及び／又は、ステップを含み、
前記拘束条件は、前記手すり、及び／又は、前記ステップの位置を示す、
請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記所定の作業は、前記作業機械の整備であり、
前記作業機械は、所定の整備箇所を含み、
前記拘束条件は、前記所定の整備箇所の位置を示す、
請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記所定の作業は、前記作業機械の運転操作であり、
前記拘束条件は、前記作業機械のオペレータ用のシートの位置、及び／又は、前記オペレータによって操作される操作部材の位置を示す、
請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

前記拘束条件は、前記人の身長、及び／又は、体重を含む、
請求項１に記載のシステム。

【請求項12】

作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を評価するためにコンピュータによって実行される方法であって、前記作業機械と前記人とのそれぞれは、前記動作を規定する拘束条件を有し、
第１作業機械に対して所定の作業中の第１の人の動作と、前記動作中の前記第１の人への反力とを示す基準モーションデータを取得し、前記基準モーションデータには、前記第１作業機械の前記拘束条件を示す第１機械データと、前記第１の人の前記拘束条件を示す第１人データとが割り当てられており、
前記第１作業機械と異なる第２作業機械の前記拘束条件を示す第２機械データを取得し、
前記第１の人と異なる第２の人の前記拘束条件を示す第２人データを取得し、
前記第２機械データと前記第２人データとに基づいて、前記基準モーションデータを参照して、前記第２作業機械に対して前記所定の作業中の前記第２の人の動作と前記第２の人への反力とを算出し、
前記第２の人の動作と前記第２の人への反力とに基づいて前記第２の人への身体的な負担を示す身体指標を算出し、
前記身体指標に基づいて前記第２の人への身体的な負担を定量的に評価すること、
を備える方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を評価するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械では、オペレータが、昇降、或いは整備などの様々な作業を行う。作業機械は、一般的な乗用車と比べて、大型であるため、或いは複雑な構造を有するため、これらの作業を行うことは、オペレータにとって容易ではない。例えば、作業機械では、キャブが高い位置に配置されている。そのため、例えば特許文献１に示されるように、作業機械には、オペレータが昇降するための手すりとステップとが設けられている。オペレータは、手すりを握り、ステップに足をかけることで、キャブまで、よじ登る。

【0003】

或いは、作業機械において、給油、フィルダー交換などの整備を行う場合、オペレータは、作業機械の側面カバー、或いは天面カバーを開くことで、作業機械の内部の整備箇所にアクセスする。この場合も、オペレータは、ステップに足をかけるなどして、整備箇所まで、よじ登る。或いは、整備箇所が地面からアクセス可能であっても、手が届きにくい位置にあることで、作業が容易ではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－２０４５９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

作業機械は、上記のような作業中のオペレータの疲労を低減させるように、設計されることが望ましい。或いは、作業現場におけるオペレータの疲労を把握することは、現場の管理者によるオペレータの業務管理において望ましい。そのためには、作業中のオペレータへの身体的な負担を把握することが望まれる。しかし、作業機械には様々な形状、或いは大きさのものがある。また、オペレータの体格も様々である。そのため、同じ作業であっても、オペレータへの身体的な負担を精度よく評価することは容易ではない。本開示の目的は、作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を容易、且つ、精度よく評価することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係るシステムは、作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を評価するためのシステムである。作業機械と人とのそれぞれは、動作を規定する拘束条件を有する。システムは、データベースとプロセッサとを備える。データベースは、基準モーションデータを含む。基準モーションデータは、第１作業機械に対して所定の作業中の第１の人の動作と、動作中の第１の人への反力とを示す。基準モーションデータには、第１機械データと第１人データとが割り当てられている。第１機械データは、第１作業機械の拘束条件を示す。第１人データは、第１の人の拘束条件を示す。プロセッサは、第１作業機械と異なる第２作業機械の拘束条件を示す第２機械データを取得する。プロセッサは、第１の人と異なる第２の人の拘束条件を示す第２人データを取得する。プロセッサは、第２機械データと第２人データとに基づいて、基準モーションデータを参照して、第２作業機械に対して所定の作業中の第２の人の動作と第２の人への反力とを算出する。プロセッサは、第２の人の動作と第２の人への反力とに基づいて第２の人への身体的な負担を示す身体指標を算出する。プロセッサは、身体指標に基づいて第２の人への身体的な負担を定量的に評価する。

【0007】

本開示の他の態様に係る方法は、作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を評価するためにコンピュータによって実行される方法である。作業機械と人とのそれぞれは、動作を規定する拘束条件を有する。当該方法は、第１作業機械に対して所定の作業中の第１の人の動作と、動作中の第１の人への反力とを示す基準モーションデータを取得することを備える。基準モーションデータには、第１作業機械の拘束条件を示す第１機械データと、第１の人の拘束条件を示す第１人データとが割り当てられている。当該方法は、第１作業機械と異なる第２作業機械の拘束条件を示す第２機械データを取得し、第１の人と異なる第２の人の拘束条件を示す第２人データを取得し、第２機械データと第２人データとに基づいて、基準モーションデータを参照して、第２作業機械に対して所定の作業中の第２の人の動作と第２の人への反力とを算出し、第２の人の動作と第２の人への反力とに基づいて第２の人への身体的な負担を示す身体指標を算出し、身体指標に基づいて第２の人への身体的な負担を定量的に評価すること、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、第１作業機械に対して所定の作業中の第１の人の動作と、第１の人への反力とを示す基準モーションデータが予め取得されて、データベースに格納されている。また、基準モーションデータを参照することで、第２作業機械に対して所定の作業中の第２の人の動作と第２の人への反力とが算出され、それらに基づいて、第２の人への身体的な負担を示す身体指標が算出される。そして、身体指標に基づいて、第２の人への身体的な負担が定量的に評価される。そのため、作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を容易、且つ、精度よく評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る第１作業機械の一例を示す斜視図である。

【図2】第１作業機械のキャブ内を示す上面図である。

【図3】実施形態に係る動作推定・負担評価システムの構成を示すブロック図である。

【図4】コンピュータによって実行される動作推定処理、及び、負担評価処理を示すブロック図である。

【図5】動作推定処理を示すフローチャートである。

【図6】基準モーションデータの一例を示す図である。

【図7】基準モーションデータの一例を示す図である。

【図8】基準モーションデータの第１の人の各部の定義の一例を示す図である。

【図9】推定モーションデータの一例を示す図である。

【図10】基準モーションデータと推定モーションデータとの人の姿勢の違いを示す図である。

【図11】推定モーションデータの一例を示す図である。

【図12】負担評価処理を示すフローチャートである。

【図13】負担の評価結果の一例を示す図である。

【図14】負担の評価結果の一例を示す図である。

【図15】所定の作業の他の例を示す図である。

【図16】所定の作業のさらに他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態に係る動作推定・負担評価システムについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る動作推定・負担評価システムは、作業機械に対して所定の作業中の人の動作を推定する。図１は、実施形態に係る作業機械の一例として、第１作業機械１Ａを示す斜視図である。第１作業機械１Ａは、例えば、油圧ショベルである。

【0011】

図１に示すように、第１作業機械１Ａは、車体２と、作業機３と、走行体４とを含む。車体２は、走行体４に対して旋回可能に支持されている。車体２は、動力室５とキャブ６とを含む。動力室５内には、動力ユニット７が配置されている。動力ユニット７は、例えばエンジンと油圧ポンプとを含む。動力ユニット７は、電動モータを含んでもよい。動力室５は、側面カバー５１と天面カバー５２とを含む。側面カバー５１は、開閉可能に車体に取り付けられている。天面カバー５２は、開閉可能、或いは着脱可能に車体に取り付けられている。側面カバー５１、或いは天面カバー５２が開かれることで、動力室５内の動力ユニット７へのアクセスが可能となる。

【0012】

作業機３は、車体２に取り付けられている。第１作業機械１Ａは、作業機３を動作させることで、掘削等の作業を行う。作業機３は、ブーム１１と、アーム１２と、バケット１３とを含む。ブーム１１にはブームシリンダ１４が取り付けられている。アーム１２にはアームシリンダ１５が取り付けられている。バケット１３にはバケットシリンダ１６が取り付けられている。これらのシリンダ１４－１６が伸縮することで、作業機３が動作する。

【0013】

走行体４は、履帯１７，１８を含む。履帯１７，１８が駆動されることで、第１作業機械１Ａは走行する。履帯１７には、ステップ２１が取り付けられている。ステップ２１は、キャブ６の下方に配置されている。キャブ６には、手すり２２が取り付けられている。第１作業機械１Ａのオペレータは、ステップ２１に足をかけ、手すり２２を握りながら、地面上からキャブ６内に乗り込む。

【0014】

図２は、キャブ６内を示す上面図である。図２に示すように、キャブ６内には、オペレータ用のシート２３と、オペレータによって操作される操作部材２４とが配置されている。シート２３の側方には、アームレスト２５，２６が配置されている。操作部材２４は、操作レバー２７，２８とペダル２９とを含む。オペレータは、操作部材２４を操作することで、作業機３を動作させる。オペレータは、操作部材２４を操作することで、第１作業機械１Ａを走行させる。

【0015】

図３は、実施形態に係る動作推定・負担評価システム１００の構成を示すブロック図である。動作推定・負担評価システム１００は、コンピュータ３１と、入力装置３２と、出力装置３３と、ディスプレイ３４とを含む。コンピュータ３１は、プロセッサ３５と、メモリ３６と、記憶装置３７とを含む。プロセッサ３５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。メモリ３６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。

【0016】

記憶装置３７は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、或いはＳＳＤ（Solid State Drive）などのストレージを含む。記憶装置３７は、動作推定プログラム４１と負担評価プログラム４２とを記憶している。プロセッサ３５は、動作推定プログラム４１に従い、第１作業機械１Ａに対して所定の作業中の人の動作を推定するための処理（以下、動作推定処理と呼ぶ）を実行する。プロセッサ３５は、負担評価プログラム４２に従い、第１作業機械１Ａに対して所定の作業中の人への身体的な負担を評価するための処理（以下、負担評価処理と呼ぶ）を実行する。

【0017】

入力装置３２は、コンピュータ３１にデータを入力する。入力装置３２は、例えば通信ネットワークを介して、コンピュータ３１にデータを入力する。或いは、入力装置３２は、記録媒体を介して、コンピュータ３１にデータを入力してもよい。或いは、入力装置３２は、マウスなどのポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーンなどの装置を介して、コンピュータ３１にデータを入力してもよい。

【0018】

出力装置３３は、コンピュータ３１からデータを出力する。出力装置３３は、例えば通信ネットワークを介して、他のコンピュータにデータを出力する。或いは、出力装置３３は、記録媒体を介して、データを出力してもよい。ディスプレイ３４は、コンピュータ３１からの画像信号に応じた画像を表示する。

【0019】

次に、コンピュータ３１によって実行される動作推定処理と負担評価処理とについて説明する。図４は、コンピュータ３１によって実行される動作推定処理、及び、負担評価処理を示すブロック図である。図４に示すように、コンピュータ３１は、動作推定部４４と負担評価部４５とを含む。プロセッサ３５は、上述した動作推定プログラム４１を実行することで、動作推定部４４として機能する。動作推定部４４は、第１作業機械１Ａに対して所定の作業中の人の動作を推定する。以下、動作推定部４４によって実行される動作推定処理について説明する。

【0020】

図５は、動作推定処理を示すフローチャートである。図５に示すように。ステップＳ１０１で、動作推定部４４は、基準モーションデータを取得する。動作推定部は、図３に示すデータベース４３から基準モーションデータを取得する。データベース４３は、記憶装置３７に保存されている。

【0021】

図６及び図７Ａ～図７Ｅは、基準モーションデータ８Ａの一例を示す図である。基準モーションデータ８Ａは、第１作業機械１Ａと第１の人９Ａとに対して予め実測されたデータである。基準モーションデータ８Ａは、予め実測された第１作業機械１Ａに対して所定の作業中の第１の人９Ａの動作と、動作中の第１の人９Ａへの反力とを示す。基準モーションデータ８Ａは、データ化された第１作業機械１Ａと第１の人９Ａとを含む。基準モーションデータ８Ａは、実際の第１作業機械１Ａをコンピュータ３１上で再現するモデルと、実際の第１の人９Ａをコンピュータ３１上で再現するデジタルヒューマンとによって示される。なお、基準モーションデータ８Ａは、複数の人の動作を組み合わせたものであってもよい。

【0022】

図７Ａ～図７Ｅに示すように、基準モーションデータ８Ａは、第１作業機械１Ａに乗り込むときの第１の人９Ａの動作をアニメーションで示す。図７Ａに示すように、第１の人９Ａは、地面上から、手すり２２を握り、ステップ２１に足をかける。次に、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、第１の人９Ａは、ステップ２１から履帯１７上に乗リ上がる。そして、図７Ｄ及び図７Ｅに示すように、第１の人９Ａは、履帯１７上からキャブ６内に入る。なお、図７Ａ～図７Ｅでは、アニメーションで示される第１の人９Ａの動的な連続した動作の一部のみが画像で示されている。

【0023】

基準モーションデータ８Ａに含まれる第１の人９Ａの動作は、上記のような動作中に変化する第１の人９Ａの各部の位置及び姿勢を示す。図８に示すように、第１の人９Ａを示すデジタルヒューマンの各部は、例えば、骨盤７１、体幹７２、上腕７３，７４、前腕７５，７６、手７７，７８、大腿７９，８０、下腿８１，８２、足８３，８４、頭８５、及びこれらの間の関節８６－９８を含む。第１の人９Ａの姿勢は、上述した各部７１－８５の間の角度で示される。

【0024】

基準モーションデータ８Ａに含まれる第１の人９Ａへの反力は、上記の動作中に第１の人９Ａが受ける負荷の大きさを示す。例えば、第１の人９Ａへの反力は、第１の人９Ａの足が受ける負荷と、第１の人９Ａの手が受ける負荷を含む。基準モーションデータ８Ａは、予め第１作業機械１Ａに対して所定の動作中の実際の第１の人９Ａの動作と反力とをセンサによって検出することで取得され、データベース４３に保存されている。

【0025】

また、所定の作業中の人の動作は、作業機械と人とのそれぞれが有する拘束条件によって規定される。例えば、所定の作業が、作業機械への乗り込みである場合には、作業機械における拘束条件は、手すり、及び、ステップの位置を含む。すなわち、作業機械に乗り込むときの人の動作と反力とは、手すり、及び、ステップの位置に応じて変化する。人における拘束条件は、人の各部の寸法、及び、体重を含む。すなわち、作業機械に乗り込むときの人の動作と反力とは、人の各部の寸法、及び、体重に応じて変化する。

【0026】

基準モーションデータ８Ａには、第１作業機械１Ａの拘束条件を示す第１機械データと、第１の人９Ａの拘束条件を示す第１人データとが割り当てられている。図６に示す例では、第１機械データは、第１作業機械１Ａの手すり２２、及び、ステップ２１の位置を含む。第１の人９Ａの拘束条件は、第１の人９Ａの身長、及び、体重を含む。第１の人９Ａの各部の寸法は、身長に応じた所定の割合で、それぞれ決定される。或いは、第１人データは、第１の人９Ａの各部の寸法を含んでもよい。

【0027】

ステップＳ１０２では、動作推定部４４は、推定対象データを取得する。例えば、推定対象データは、入力装置３２を介してコンピュータ３１に入力される。推定対象データは、動作推定処理の対象となる作業機械、及び、人の拘束条件を示す。例えば、推定対象データは、図９に示す第２作業機械１Ｂ、及び、第２の人９Ｂの拘束条件を示す。推定対象データは、第２機械データと第２人データとを含む。

【0028】

第２機械データは、第２作業機械１Ｂの拘束条件を示す。所定の作業が、作業機械への乗り込みである場合には、第２機械データは、第２作業機械１Ｂのステップ２１、及び、手すり２２の位置を含む。第２作業機械１Ｂは、第１作業機械１Ａと異なる作業機械であり、第２機械データは、第１機械データと異なる値を有する。例えば、第２作業機械１Ｂは、第１作業機械１Ａと同じ油圧ショベルであるが、異なる大きさ、及び／又は、形状を有する。その場合、第２機械データが示す手すり２２、及び、ステップ２１の位置は、第１機械データが示す手すり２２、及び、ステップ２１の位置と異なる。

【0029】

第２人データは、第２の人９Ｂの身長、及び、体重を含む。第２の人９Ｂは、第１の人９Ａと異なる体形を有しており、第２人データは、第１人データと異なる値を有する。すなわち、第２人データが示す第２の人９Ｂの身長、及び、体重は、第１人データが示す第１の人９Ａの身長、及び、体重と異なる。そのため、動作推定部４４は、第２作業機械１Ｂとして様々なタイプの作業機械に対して、第２の人９Ｂとして様々な体形の人の動作を推定することができる。

【0030】

ステップＳ１０３では、動作推定部４４は、動作シミュレーションを実行する。すなわち、動作推定部４４は、第２機械データと第２人データとに基づいて、基準モーションデータ８Ａを参照して、第２作業機械１Ｂに対して所定の作業中の第２の人９Ｂの動作を推定する。

【0031】

図４に示すように、動作推定部４４は、リターゲティングモジュール４６と逆運動学モジュール４７とを含む。リターゲティングモジュール４６は、第１の人９Ａと第２の人９Ｂとの身長の違い、第１作業機械１Ａと第２作業機械１Ｂとの手すり２２及びステップ２１の位置の違いとに基づいて、第１作業機械１Ａでの第１の人９Ａの動作を、第２作業機械１Ｂでの第２の人９Ｂの動作に変換する。逆運動学モジュール４７は、逆運動学により、第２の人９Ｂの動作から、第２の人９Ｂの関節の位置と関節の角度とを算出する。例えば、所定の作業が第１作業機械１Ａへの乗り込みである場合には、骨盤に対する手又は足の関節の位置が、第２の人９Ｂの関節の位置として算出される。例えば図１０に示すように、キャブ６に乗り込むときの第１の人９Ａの姿勢θ１は、第２の人９Ｂの姿勢θ２と異なる。動作推定部４４は、このように第１の人９Ａと姿勢の異なる第２の人９Ｂの動作を演算する。

【0032】

ステップＳ１０４では、推定モーションデータ８Ｂを出力する。動作推定部４４は、第２作業機械１Ｂに対して所定の作業中の第２の人９Ｂの動作と、第２の人９Ｂへの反力を示す推定モーションデータ８Ｂを生成して出力する。図１１Ａ～図１１Ｅに示すように、推定モーションデータ８Ｂは、第２作業機械１Ｂをコンピュータ３１上で表現するモデルと、第２の人９Ｂをコンピュータ３１上で表現するデジタルヒューマンによって示される。所定の作業が、第１作業機械１Ａへの乗り込みである場合には、推定モーションデータ８Ｂは、第２作業機械１Ｂに乗り込むときの第２の人９Ｂの動作を示す。動作推定部４４は、推定モーションデータ８Ｂに基づいて、第２の人９Ｂの動作をアニメーションでディスプレイ３４に表示する。なお、図１１Ａ～図１１Ｅでは、アニメーションで示される第２の人９Ｂの動的な連続した動作の一部のみが画像で示されている。

【0033】

ステップＳ１０５では、動作推定部４４は、推定モーションデータ８Ｂに基づいて、第２の人９Ｂの動作を評価する。動作推定部４４は、推定モーションデータ８Ｂに従って、第２の人９Ｂを示すデジタルヒューマンを動作させることによって、第２の人９Ｂの動作を評価する。動作推定部４４は、評価の結果をディスプレイ３４に表示する。

【0034】

例えば、動作推定部４４は、デジタルヒューマンの手、又は、足が、第２作業機械１Ｂの所定部分に接触しているかによって、第２の人９Ｂの動作を評価する。所定部分は、例えば、手すり２２とステップ２１である。動作推定部４４は、デジタルヒューマンの手、又は、足が、第２作業機械１Ｂの所定部分に接触している場合には、動作が適切と評価する。動作推定部４４は、デジタルヒューマンの手、又は、足が、第２作業機械１Ｂの所定部分に接触していない場合には、動作が不適切と評価する。

【0035】

動作推定部４４は、デジタルヒューマンが、第２作業機械１Ｂに衝突していないかによって、第２の人９Ｂの動作を評価する。動作推定部４４は、デジタルヒューマンが、第２作業機械１Ｂに衝突していない場合に、動作が適切と評価する。動作推定部４４は、デジタルヒューマンが、第２作業機械１Ｂに衝突している場合には、動作が不適切と評価する。

【0036】

動作推定部４４は、デジタルヒューマンの関節の角度が、所定の可動範囲内であるかによって、第２の人９Ｂの動作を評価する。動作推定部４４は、デジタルヒューマンの関節の角度が、所定の可動範囲内である場合に、動作が適切と評価する。動作推定部４４は、デジタルヒューマンの関節の角度が、所定の可動範囲を超えている場合に、動作が不適切と評価する。

【0037】

或いは、動作推定部４４は、デジタルヒューマンの動作が時系列的に連続性を有するかによって、動作を評価してもよい。動作推定部４４は、デジタルヒューマンの動作が時系列的に連続性を有する場合に、動作が適切と評価してもよい。動作推定部４４は、デジタルヒューマンの動作が時系列的に連続性を有しない場合に、動作が不適切と評価してもよい。

【0038】

本実施形態に係る動作推定・負担評価システム１００によれば、第１作業機械１Ａに対して所定の作業中の第１の人９Ａの動作を示す基準モーションデータ８Ａが予め取得されてデータベース４３に格納されている。そして、基準モーションデータ８Ａを参照することで、第２作業機械１Ｂに対して所定の作業中の第２の人９Ｂの動作を示す推定モーションデータ８Ｂが生成される。そのため、第１作業機械１Ａ、及び、第１の人９Ａと拘束条件の異なる第２作業機械１Ｂ、及び、第２の人９Ｂに対して、所定の作業中の動作を容易、且つ、精度よく推定することができる。

【0039】

また、推定モーションデータ８Ｂに基づいて、第２の人９Ｂの動作が評価される。そのため、第２作業機械１Ｂの設計時に、複数の設計候補に対する第２の人９Ｂの動作の評価を比較することで、最適な設計を容易に選択することができる。なお、動作の評価は、コンピュータ３１ではなく、人が、ディスプレイ３４上のデジタルヒューマンの動作を見て判断してもよい。

【0040】

次に、負担評価部４５によって実行される負担評価処理について説明する。負担評価部４５は、所定の作業中の人への身体的な負担を評価する。プロセッサ３５は、負担評価プログラム４２を実行することで、負担評価部４５として機能する。図１２は、負担評価処理を示すフローチャートである。

【0041】

図１２に示すように、ステップＳ２０１では、負担評価部４５は、推定モーションデータ８Ｂを取得する。負担評価部４５は、上述した動作推定処理によって生成された推定モーションデータ８Ｂを取得する。

【0042】

ステップＳ２０２では、負担評価部４５は、身体指標を算出する。身体指標は、第２の人９Ｂへの身体的な負担を示す。負担評価部４５は、推定モーションデータ８Ｂが示す第２の人９Ｂの動作と第２の人９Ｂへの反力とに基づいて身体指標を算出する。身体指標は、第２の人９Ｂの関節の位置と、関節の角度と、関節トルクを含む。

【0043】

図４に示すように。負担評価部４５は、逆動力学モジュール４８を含む。逆運動学モジュール４７は、逆運動学により、第２の人９Ｂの関節の位置と関節の角度と、推定モーションデータ８Ｂが示す第２の人９Ｂへの反力とから、関節トルクを算出する。関節トルクは、第２の人９Ｂへの反力による関節回りのトルクを意味する。

【0044】

ステップＳ２０３では、負担評価部４５は、身体指標に基づいて第２の人９Ｂへの身体的な負担を定量的に評価する。例えば、負担評価部４５は、骨盤に対する手又は足の関節の位置までの距離が、閾値を越えているかによって、負担を評価する。閾値は、第２の人９Ｂの身長に応じて決定されてもよい。負担評価部４５は、関節の角度が閾値を越えているかによって、負担を評価してもよい。負担評価部４５は、関節トルクが閾値を越えているかによって、負担を評価してもよい。負担評価部４５は、上述した身体指標に加えて、さらに時間を考慮して、負担を評価してもよい。例えば、負担評価部４５は、所定の継続時間以上、関節トルクが閾値を越えているかによって、負担を評価してもよい。

【0045】

ステップＳ２０４では、負担評価部４５は、負担の評価結果を出力する。例えば、負担評価部４５は、上述した身体指標の数値を含む評価レポートを、負担の評価結果として出力する。或いは、負担評価部４５は、上述した身体指標が閾値超えているいかの判断を含む評価レポートを、負担の評価結果として出力してもよい。図１３は、評価レポート４９の一例を示す図である。負担評価部４５は、評価レポート４９をディスプレイ３４に表示する。或いは、負担評価部４５は、評価レポート４９を示すデータを出力装置３３から出力させてもよい。

【0046】

図１３に示すように、評価レポート４９は、推定モーションデータ８Ｂを含む。評価レポート４９は、推定モーションデータ８Ｂに基づいて、第２作業機械１Ｂに対する第２の人９Ｂの動作をアニメーションで表示する。負担評価部４５は、評価レポート４９において、第２の人９Ｂへの身体的な負担に応じてデジタルヒューマンを部分的に異なる色で表示する。負担評価部４５は、関節トルクの大きさに応じて、デジタルヒューマンを部分的に異なる色で表示する。

【0047】

例えば、図１４Ａに示すように、腰に大きな負担がかかっている場合には、評価レポート４９は、第２の人９Ｂを示すデジタルヒューマンの腰の部分５３を他の部分５４と異なる色で示す。図１４Ｂに示すように、足に大きな負担がかかっている場合には、デジタルヒューマンの足の部分５５を他の部分５６と異なる色で示す。第２の人９Ｂの動作中に、負担のかかる部分は変化する。そのため、評価レポート４９は、第２の人９Ｂの動作を示すアニメーションにおいて、負担のかかる部分の変化に応じて、異なる色で示される部分を変化させる。なお、図１４Ａ及び図１４Ｂにおいては、ハッチングの違いによって、色の違いが表現されている。

【0048】

以上説明した本実施形態に係る動作推定・負担評価システム１００では、推定モーションデータ８Ｂが示す第２作業機械１Ｂに対して所定の作業中の第２の人９Ｂの動作と第２の人９Ｂへの反力とに基づいて、第２の人９Ｂへの身体的な負担を示す身体指標が算出される。そして、身体指標に基づいて、第２の人９Ｂへの身体的な負担が定量的に評価される。そのため、作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を容易、且つ、精度よく評価することができる。

【0049】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0050】

作業機械は、油圧ショベルに限らず、他の機械であってもよい。例えば、作業機械は、整地・運搬・積込み用機械、掘削用機械、締固め用機械、ダンプトラック、フォークリフトなどの建設機械、或いは林業機械であってもよい。動作推定・負担評価システム１００の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、動作推定処理と負担評価処理とは、互いに異なるコンピュータによって実行されてよい。動作推定処理は、複数のコンピュータに分散して実行されてもよい。負担評価処理は、複数のコンピュータに分散して実行されてもよい。データベース４３は、動作推定処理、又は、負担評価処理を実行するコンピュータと別のコンピュータに保存されていてもよい。例えば、動作推定処理、又は、負担評価処理を実行するコンピュータは、通信ネットワークを介して、データベース４３にアクセスしてもよい。

【0051】

データベース４３は、複数種類の作業機械に対する基準モーションデータを記憶していてもよい。データベース４３は、複数種類の人に対する基準モーションデータを記憶していてもよい。

【0052】

動作推定・負担評価システム１００は、第１作業機械１Ａに対して所定の作業中の第２の人９Ｂの動作を推定してもよい。動作推定・負担評価システム１００は、第１作業機械１Ａに対して所定の作業中の第３の人の動作を推定してもよい。

【0053】

負担評価部４５は、第２の人９Ｂへの身体的な負担をデジタルヒューマンの色に限らず、他の態様で表現してもよい。例えば、負担評価部４５は、身体指標の好ましい数値範囲をグラフ化してディスプレイ３４に表示させてもよい。或いは、負担評価部４５は、身体指標に基づいて、第２の人９Ｂの好ましい動作範囲をディスプレイ３４に表示させてもよい。

【0054】

所定の作業は、作業機械への乗り込みに限らず、他の作業であってもよい。例えば、所定の作業は、作業機械から降りる動作であってもよい。或いは、図１５に示すように、所定の作業は、作業機械の整備であってもよい。その場合、作業機械の拘束条件は、作業機械の所定の整備箇所の位置を示してもよい。

【0055】

例えば、所定の整備箇所は、動力室５内の動力ユニット７であってもよい。その場合、図１５に示すように、人９は、側面カバー５１を開くことで、動力室５内の動力ユニット７にアクセスする。或いは、人９は、図１に示す天面カバー５２を開くことで、動力室５内の動力ユニット７にアクセスしてもよい。作業機械の整備は、例えば、エンジンオイル、マシナリオイル、作動油などのオイル、グリス、或いは冷却水などの補給であってもよい。作業機械の整備は、フィルター・エレメントの清掃、或いは交換であってもよい。

【0056】

図１６に示すように、所定の作業は、作業機械の運転操作であってもよい。その場合、作業機械の拘束条件は、作業機械のオペレータ用のシート２３の位置、及び／又は、人９によって操作される操作部材２４の位置を示してもよい。例えば、作業機械の拘束条件は、操作レバー２７，２８の位置を示してもよい。作業機械の拘束条件は、図２に示すペダル２９の位置を示してもよい。作業機械の拘束条件は、アームレスト２５，２６の位置を示してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本開示によれば、作業機械に対して所定の作業中の人への身体的な負担を容易、且つ、精度よく評価することができる。

【符号の説明】

【0058】

３４：ディスプレイ
３５：プロセッサ
４３：データベース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】