JP2012200828A - 作業用補助具 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者への補助力を向上させた作業用補助具を提供する。
【解決手段】作業用補助具１０において、ベース機構３８は、作業者の足裏と地面の間に配される底部２４を有する。吊り機構１６は、ベース機構３８により支持され、作業者の背面側に配される吊りフレーム１８を有する。連結部は、吊り機構１６とベース機構３８とを回動可能に連結する。規制手段は、吊り機構１６が傾倒してベース機構３８の連結部分に対して所定の角度まで回転すると、吊り機構１６の傾倒を規制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業者に装着して作業姿勢を補助する作業用補助具に関する。

農作業ではいまだ多くの人力作業が残されており、とくに腰を曲げた前屈姿勢で長時間実行する作業や重量物の上げ下ろしなど肉体的な負担が大きい作業がある。前屈姿勢の作業では、その姿勢を維持することが作業者にとって大きな負担となる。特許文献１〜７には作業者に装着して、作業者の前屈を補助する装置が開示されている。これらの特許文献に記載の装置は、弾性体やアクチュエータを用いて前屈する際の腰への負荷を緩和しようとするものである。

特開平０９−５５２号公報 特開２００３−１４４４６７号公報 特開２００９−０２３８２８号公報 特開２００９−２８４９４２号公報 特開２００９−１１８１８号公報 特開２００７−３９１号公報 特開２００８−６７７６２号公報

特許文献１〜７に記載の装置では、作業者が前屈すると弾性体やアクチュエータにより作業者のいずれかの部位に反力を与え、作業者の腰への負担を軽減しようとする。これにより腰への負荷を小さくすることを目的としているが、一方で、その分の反力は作業者のいずれかの部位にかかる。そのため、大きな補助力で作業者を補助するよう設計すると作業者の腰以外の部位への負荷が増すため、大きな補助力を使いづらい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業者への補助力を高めることのできる作業用補助具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の作業用補助具は、作業者の足裏と地面の間に配される底部を有するベース機構と、ベース機構により支持され、作業者の背面側に配される吊りフレームを有する吊り機構と、吊り機構とベース機構とを回動可能に連結する連結部と、を備える。この作業用補助具は、吊り機構が傾倒してベース機構の連結部分に対して所定の角度まで回転すると、吊り機構の傾倒を規制する規制手段を有する。

この態様によると、吊り機構が傾倒すると連結部の回転が規制されて傾倒が止まる。傾倒が止まると、ベース機構に支持された吊り機構により作業者を吊すことができる。作業者を吊した反力は底部から地面に伝達され、作業者への負荷となることを回避することができる。これにより作業用補助具は作業者を支える大きな補助力を発揮することができる。

本発明によれば、作業用補助具において作業者への補助力を高めることが可能となる。

実施形態に係る作業用補助具を作業者に装着した斜視図である。 図２（ａ）は実施形態に係る作業用補助具を作業者に装着した横面図であり、図２（ｂ）は実施形態に係る作業用補助具を作業者に装着した正面図である。 実施形態に係る作業用補助具の斜視図である。 実施形態に係る作業用補助具の横面図である。 実験を実行する際の３種類の作業態様を示す図である。 実験の際に作業者に付けたセンサおよびマーカを示す図である。 図７（ａ）〜図７（ｄ）は３種類の作業態様の計測結果を示す図である。 図５に示す膝曲げ区分とアシスト区分での筋活動量の比較を示す図である。

図１は、実施形態に係る作業用補助具１０を作業者に装着した斜視図である。また、図２（ａ）は実施形態に係る作業用補助具１０を作業者に装着した横面図であり、図２（ｂ）は実施形態に係る作業用補助具１０を作業者に装着した正面図である。また、図３は、実施形態に係る作業用補助具１０の斜視図である。なお、図３ではベルトを除いて示している。なお、以下の図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。

作業用補助具１０は、作業者に装着して、作業者の前傾姿勢を補助する。作業用補助具１０は、地面に接地するベース機構３８と、ベース機構３８により支持される吊り機構１６と、を備える。ベース機構３８は、作業者の左右側に、脚の屈伸運動を阻害しないように配される。

図３に示すように連結部３６は、吊り機構１６とベース機構３８とを所定の可動域で回動可能に連結する。連結部３６は腰部フレーム１４と第１連結板３４に設けられ、腰部フレーム１４と第１連結板３４を相対回転する。図１に示すように吊り機構１６は、作業者の腰を曲げる動きに連動して傾倒する。

ベース機構３８は、第１フレーム２０、第２フレーム２２、底部２４、第３リンク２６、第１リンク２８、第２リンク３０および第４リンク３２を有する。第１フレーム２０は、一端が第３リンク２６を介して連結部３６に接続され、他端が第１リンク２８を介して第２フレーム２２に接続される。第２フレーム２２は、一端が第１リンク２８を介して第１フレーム２０に接続される。他端は第２リンク３０を介して第２連結板３１に接続され、第２連結板３１は第４リンク３２を介して底板２５に接続される。

第１リンク２８は、第１フレーム２０と第２フレーム２２とを所定の可動域で回動可能に接続する。第２リンク３０は、第２フレーム２２と底部２４とを所定の可動域で回動可能に接続する。第１リンク２８の回動軸と第２リンク３０の回動軸は作業者の左右方向に向き、略平行である。これらのリンクにより、図１に示すように作業者が膝を曲げて腰の位置が低くなった場合にベース機構３８も連動して鉛直方向長さを変えることができる。

底部２４は、底板２５、底板２５に固定された靴５０、および第２連結板３１を含み、作業者の足に装着され、少なくとも作業者の足裏と地面の間に配される。靴５０はビンディングにより底板２５に着脱可能であってよい。底板２５の底面は靴５０より大きく形成されている。これにより作業者の荷重をしっかり受け止めることができる。

第３リンク２６は、第１フレーム２０と連結部３６との間に設けられ、第１連結板３４と第１フレーム２０とを接続する。ベース機構３８は、連結部３６と第３リンク２６により吊り機構１６に対して３自由度の動作が可能となる。第３リンク２６は１自由度のリンクを組み合わせた２自由度のリンクであってよく、ボールジョイントであってもよい。第３リンク２６により作業者の横方向への移動性が向上し、体をひねる動作をすることが可能となる。

第４リンク３２は、第２フレーム２２と底部２４との間の第２連結板３１に設けられる。第４リンク３２の回動軸は第２リンク３０の回動軸に直交し、作業者の前後方向に向く。底部２４は第２リンク３０と第４リンク３２により２自由度の動作が可能となる。第３リンク２６と第４リンク３２を組み合わせることで、作業者が足首を横方向に動かすことができ、作業者の横方向への移動性がさらに向上する。

次に、吊り機構１６は、作業者の背面側に配される吊りフレーム１８と、作業者の上体を吊りフレーム１８に装着するベルト４０を有する。吊りフレーム１８は、作業者の背面側に配される背面フレーム１２、および作業者の腰周りに配される腰部フレーム１４を有する。背面フレーム１２はＵ字形状に形成され、両端が腰部フレーム１４に連結する。腰部フレーム１４は、略円弧形状に形成され、その両端が左右のベース機構３８に連結される。作業者の上体とは、作業者の股から上の部分を示す。

ベルト４０は、肩ベルト４２、腰ベルト４６、第１バックル４４および第２バックル４８を有する。肩ベルト４２は、作業者の両肩に掛けるため２本で構成され、それぞれの一端が背面フレーム１２の上端に結合し、それぞれの他端が腰部フレーム１４に結合する。図２（ｂ）に示すように肩ベルト４２のそれぞれは、作業者の胸側で第１バックル４４により結合される。腰ベルト４６は両端が背面フレーム１２に結合され、第２バックル４８により着脱できるように構成される。

ここで農作業や荷物運搬作業などでは図１に示すように作業者が腰を曲げて前屈姿勢での作業を強いられ、作業者には大きな負担となる。そこで作業用補助具１０により作業者の前屈姿勢を補助し、負担を軽減する。図４を用いて作業用補助具１０の作用について説明する。

図４は、実施形態に係る作業用補助具１０の横面図である。作業用補助具１０は、作業者が所定の前屈姿勢になるとリンクの動作が後述する規制手段により止められ、図４に示すような前屈保持状態を維持する。作業用補助具１０は前屈保持状態においては作業者からの荷重５２を受け止め、作業者を支えることができる。作業者からの荷重５２は底部２４が地面から受ける荷重５４と釣り合う。

具体的に連結部３６には、連結部３６の回転をある角度以上回転しないように規制する規制手段が設けられ、吊り機構１６が傾倒してベース機構３８の連結部分に対して１８０度の状態から所定の角度θ１まで回転すると、吊り機構１６の傾倒を規制する規制手段により、それ以上回転できなくなる。吊り機構１６は、連結部３６での回転が規制された状態で、作業者の上体を吊る。これにより作業者がある程度腰を曲げると、所定の位置で吊り機構１６の回転が止まり、作業者を支えることができる。作業者は自身の体重を吊り機構１６に預けて作業をすることができ、肉体的な負担を軽減することができる。また作業者を吊ることで、作業者にかかる反力を最小限に留め、その荷重を地面に伝達することができる。

連結部３６での回転の規制に加えて、第１リンク２８および第２リンク３０でも回転が規制される。具体的に第１リンク２８には、第１リンク２８の回転をある角度以上回転しないように規制する第１係止手段が設けられ、第１フレーム２０が第２フレーム２２に対して１８０度の状態から所定の角度θ２まで回転すると、その回転は第１係止手段によりそれ以上回転しないように規制される。また、第２リンク３０には、第２リンク３０の回転をある角度以上回転しないように規制する第２係止手段が設けられ、第２フレーム２２が底部２４に対して１８０度の状態から所定の角度θ３まで回転すると、その回転は第２係止手段によりそれ以上回転しないように規制される。これにより、作業者が腰を所定の位置まで低くした場合にベース機構３８が第１リンク２８および第２リンク３０の回転を止めて、吊り機構１６を支持することができる。

連結部３６は、吊り機構１６が作業者の腰を曲げる動きに連動して傾倒した場合に、作業者を起き上がらせる方向５６に吊り機構１６を付勢する弾性部材を有してよい。これにより作業者が前屈姿勢から上体を起こす動作を補助することができる。連結部３６の弾性部材は渦巻きバネであってよい。この弾性部材は、吊り機構１６とベース機構３８が垂直な状態では弾性力がゼロとなるように設定される。

肩ベルト４２および腰ベルト４６は、吊りフレーム１８を作業者の肩部および腰部にそれぞれ装着し、体吊り下げ手段として機能する。これにより作業者にかかる荷重を肩部と腰部に分散することができ、作業者の肉体的な負担を軽減することができる。次に作業用補助具１０を装着して作業を実行した際のアシスト効果についての実験結果を示す。

図５は、実験を実行する際の３種類の作業態様を示す図である。モデルとした作業はキャベツの収穫作業を想定している。作業姿勢は、慣行の収穫作業で見られ、膝をほとんど曲げていないため筋負担は小さいが腰に負担がかかる姿勢(慣行姿勢)と、慣行姿勢より膝を曲げ腰を落とし、筋負担は大きくして腰への負担を和らげた姿勢(膝曲げ姿勢)と、を行った。膝曲げ姿勢においては、作業用補助具１０を用いた場合と用いない場合を実行した。これらの試験区分をそれぞれ慣行区分、膝曲げ区分、アシスト区分という。

図６は、実験の際に作業者に付けたセンサおよびマーカを示す図である。実験の計測ではモーションキャプチャシステム、筋電計、および足底圧力分布計を用いた。モーションキャプチャシステムにより作業者の動作を計測するマーカを作業者の、肩峰点６０ａ、転子点６０ｂ、外側上顆最突点６０ｃ、外果最突点６０ｄおよび足先点６０ｅに取り付ける。

筋電計により作業者の筋活動量（ｉＥＭＧ）を計測するセンサを作業者の、大腿直筋６２ａ、脊柱起立筋６２ｂ、腓腹筋外側頭６２ｃに取り付ける。また足底圧力分布計により作業者の足底圧力を計測するため、作業者の足底に取り付ける。

図７は、３種類の作業態様の計測結果を示す図である。図中の点線は慣行区分での計測結果を示し、一点鎖線は膝曲げ区分での計測結果を示し、実線はアシスト区分での計測結果を示す。作業者は上記姿勢で、前方３つのキャベツを中、右、左の順に刈り取り作業者の左側に置く動作を実行しており、図７の横軸はその動作の時間軸である。各矢印において作業者が刈り取り作業を実行している。

図７（ａ）の縦軸は体幹傾斜角を示し、図７（ｂ）の縦軸は体幹ひねり角を示す。体幹ひねり角は左方向を正の値とする。また図７（ｃ）の縦軸は左足底荷重を示し、図７（ｄ）の縦軸は右足底荷重を示す。図７（ａ）〜図７（ｄ）はいずれも同じ時間軸である。

図７（ａ）の体幹傾斜角は小さいほど作業者が大きく前傾して負荷が大きいことを示す。図７（ａ）に示すアシスト区分での体幹傾斜の角度は他区分と同傾向で変化しつつ、慣行区分より小さい。これにより、作業用補助具１０によって慣行区分での作業より腰への負担を抑えることができる。図７（ｂ）に示すように作業用補助具１０を装着していても装着していない場合に近いひねり動作が可能である。

また、図７（ｃ）および図７（ｄ）に示すアシスト区分での足底荷重は他区分より平均で約６０％減少しており、前屈姿勢の作業者を吊ることで作業者への負荷を大幅に軽減することができた。

図８は、図５に示す膝曲げ区分とアシスト区分での筋活動量の比較を示す。縦軸は筋活動量比を示し、慣行区分の筋活動量を１００％としている。また、図８では左から左脊柱起立筋ｐ１、右脊柱起立筋ｐ２、左大腿直筋ｐ３、左腓腹筋ｐ４、右大腿直筋ｐ５、右腓腹筋ｐ６を示す。

膝曲げ区分の筋活動量は、慣行区分より左脊柱起立筋ｐ１と大腿直筋ｐ３、ｐ５において増加し、筋負担が増している。アシスト区分では膝曲げ区分より全ての筋において、また慣行区より右大腿直筋ｐ５を除く全ての筋で活動量が減少しており、作業用補助具１０によって作業者の筋負担が軽減されている。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施例では、底部２４として底板２５に靴５０を固定した態様を示したが、底部２４は靴のみであってよい。具体的には第２リンク３０が靴に直接取り付けられた態様であってよい。

第１リンク２８は、作業者を立ち上がらせる方向に第１フレーム２０および第２フレーム２２を付勢する弾性部材を有してよい。これにより、作業者が前屈姿勢から立ち上がる際の膝への負担を緩和することができる。

実施例では連結部３６に規制手段が設けられる態様を示したが、規制手段は吊り機構１６やベース機構３８に設けられてよい。たとえば、腰部フレーム１４に第１フレーム２０に向いて突出する突出部材が設けられ、第１フレーム２０に対する腰部フレーム１４の角度が所定の角度θ１となった場合に、突出部材が第１フレーム２０に当接し、相対回転を規制する。

また、第１リンク２８に設けられる第１係止手段および第２リンク３０に設けられる第２係止手段も、別の位置に設けられてよい。たとえば、第１係止手段は第２フレームに設けられた突出部材であって、第１フレーム２０と第２フレーム２２とが所定の角度θ２となった場合に第１フレーム２０に当接し、相対回転を止める。また第２係止手段は底部２４の第２連結板３１に設けられた突出部材であって、第２フレーム２２と底部２４が所定の角度θ３となった場合に第２フレーム２２に当接し、相対回転をとめる。

１０ 作業用補助具、 １２ 背面フレーム、 １４ 腰部フレーム、 １６ 吊り機構、 １８ 吊りフレーム、 ２０ 第１フレーム、 ２２ 第２フレーム、 ２４ 底部、 ２５ 底板、 ２６ 第３リンク、 ２８ 第１リンク、 ３０ 第２リンク、 ３１ 第２連結板、 ３２ 第４リンク、 ３４ 第１連結板、 ３６ 連結部、 ３８ ベース機構、 ４０ ベルト、 ４２ 肩ベルト、 ４４ 第１バックル、 ４６ 腰ベルト、 ４８ 第２バックル、 ５０ 靴。

Claims (8)

1. 作業者の足裏と地面の間に配される底部を有するベース機構と、
   前記ベース機構により支持され、作業者の背面側に配される吊りフレームを有する吊り機構と、
   前記吊り機構と前記ベース機構とを回動可能に連結する連結部と、を備え、
   前記吊り機構が傾倒して前記ベース機構の連結部分に対して所定の角度まで回転すると、前記吊り機構の傾倒を規制する規制手段を有することを特徴とする作業用補助具。
2. 前記吊り機構は、作業者の腰を曲げる動きに連動して傾倒することを特徴とする請求項１に記載の作業用補助具。
3. 前記吊り機構は、前記連結部での回転が規制された状態で、作業者の体を吊ることを特徴とする請求項１または２に記載の作業用補助具。
4. 前記ベース機構は、
   一端が前記連結部に接続される第１フレームと、
   一端が前記第１フレームの他端に接続され、他端が前記底部に接続される第２フレームと、
   前記第１フレームと前記第２フレームとを回動可能に接続する第１リンクと、
   前記第２フレームと前記底部とを回動可能に接続する第２リンクと、
   前記第１フレームが前記第２フレームに対して所定の角度まで回転すると、その回転を規制する第１係止手段と、
   前記第２フレームが前記底部に対して所定の角度まで回転すると、その回転を規制する第２係止手段と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の作業用補助具。
5. 前記ベース機構は、前記第１フレームと前記連結部との間に第３リンクを有し、前記連結部と前記第３リンクにより前記吊り機構に対して３自由度の動作が可能であることを特徴とする請求項４に記載の作業用補助具。
6. 前記ベース機構は、前記第２フレームと前記底部との間に第４リンクを有し、前記第２リンクと前記第４リンクにより前記底部は２自由度の動作が可能であることを特徴とする請求項４または５に記載の作業用補助具。
7. 前記連結部は、前記吊り機構が作業者の腰を曲げる動きに連動して傾倒した場合に、作業者を起き上がらせる方向に前記吊り機構を付勢する弾性部材を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の作業用補助具。
8. 前記吊り機構は、前記吊りフレームを作業者の肩部および腰部に装着する体吊り下げ手段を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の作業用補助具。

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