JP2020166348A - 作業者転倒検知システム及び作業者位置検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来よりも高い精度で、作業者の転倒を判定することが可能な作業者転倒検知システム及び作業者位置検知システムを提供する。【解決手段】 作業者の位置及び転倒検知システム１は、複数のビーコン信号発生器３と、通信端末器５と、位置決定部７とから構成されている。通信端末器５は、作業者転倒検知システム５７を備えている。作業者転倒検知システム５７は、作業者Ｗに装着された三軸加速度センサ５７ａと、三軸加速度センサ５７ａの三軸の傾き方向を決定する傾き方向決定部５７ｃと、三軸の傾き方向と作業者Ｗの姿勢との関係を対応付けた姿勢データを予め記憶する姿勢データ記憶部５７ｄと、三軸の傾き方向と姿勢データとに基づいて、作業者Ｗの姿勢を判定する姿勢判定部５７ｅと、連続した複数回にわたる姿勢判定部５７ｅの判定結果に基づいて、作業者Ｗが転倒しているか否かを判定する転倒判定部５７ｆとからなる。【選択図】 図３

Description

本発明は、作業者が転倒しているか否かを判定する作業者転倒検知システム及び作業者転倒検知システムを備えた作業者位置検知システムに関するものである。

ロボットや製造機械の導入により倉庫、工場等の作業現場において、実際に働いている作業者の数が減っている。そのため作業者が転倒したときに、誰もそのことに気づかないと、作業者の命にかかわる危険性がある。そこで、従来から、人の転倒を検知し、報知する転倒検知システムの開発が行われている。

例えば、特開２０１６−１７７４０１号公報（特許文献１）では、加速度センサが出力する加速度データから所定基準値（閾値）を超える加速度ピークを検出し、該加速度ピークに基づいて、人の転倒を検知している。

特開２０１６−１７７４０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシステムの場合、加速度データが閾値を超えたかを判断した上で、さらに、加速度ピークに基づいて転倒を検知するが、一度の転倒検知だけで結論を出すと、誤判定をする可能性が高くなる。また、加速度ピークで転倒を検知するため、閾値を超える大きな加速度が生じないと転倒を検知できない。そのため、閾値の設定によっては、閾値を超えない程度の加速度しか生じないまま倒れた状態になってしまっているような場合等に転倒を検知することができないことがある。

本発明の目的は、従来よりも高い精度で、作業者の転倒を判定することが可能な作業者転倒検知システム及び作業者位置検知システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、転倒の誤判定が少ない作業者転倒検知システム及び作業者位置検知システムを提供することにある。

本発明は、作業者が転倒しているか否かを判定する作業者転倒検知システムに関するものである。本発明の作業者転倒検知システムは、作業者に装着された三軸加速度センサと、三軸加速度センサが検知する三軸方向成分の値から重力方向に対する三軸加速度センサの三軸の傾き方向を決定する傾き方向決定部と、三軸の傾き方向と作業者の姿勢との関係を対応付けた姿勢データを予め記憶する姿勢データ記憶部と、傾き方向決定部が決定した三軸の傾き方向と姿勢データとに基づいて、作業者の姿勢を判定する姿勢判定部と、連続した複数回にわたる姿勢判定部の判定結果に基づいて、作業者が転倒しているか否かを判定する転倒判定部とからなる。

作業者転倒検知システムは、例えば、上記構成要素が１つの携帯端末装置にまとめられていてもよい。また、作業者に装着する三軸加速度センサと、その他の構成要素を備え、三軸加速度センサからの信号を受信して転倒を判定する管理サーバのように、各構成要素が分離して存在していてもよいのはもちろんである。

なお、三軸加速度センサは、作業者に直接装着してもよいし、作業者が装着するヘルメットやベルトに装着してもよい。

本発明によれば、姿勢判定部が、三軸加速度センサから得られた三軸の傾き方向と、三軸の傾き方向と作業者の姿勢との関係を対応付けた姿勢データとから作業者の姿勢を判定することで、常時、作業者の姿勢を監視する。そして、本発明では、姿勢判定部で判定する判定結果のうち、一部を、転倒と判断できる姿勢（以下、「転倒姿勢」）であるとして定めておくことで、作業者が転倒している可能性があることを検知する。ただし、転倒判定部は、一度の転倒姿勢になったことの判定結果だけで作業者が転倒したと判定すると、誤判定になる可能性が高いため、連続した複数回にわたる姿勢判定部の判定結果に基づいて、作業者が転倒しているか否かを判定する。したがって、本発明によれば、三軸加速度センサの出力に基づいて、従来よりも高い精度で転倒を判定することが可能である。

転倒判定部は、姿勢判定部が予め定めたサンプリング周期で予め定めた回数判定した作業者の姿勢のうち、予め定めた転倒と判断できる姿勢の判定結果が一番多いときに、作業者が転倒していると判断するように構成されていてもよい。このようにすると複数回の判定結果のうち、最も多い判定結果で転倒か否かが判定されるため、判定回数を多くして、判定精度を高めることができる。

作業者が転倒したと判定した場合、本発明の作業者転倒検知システムは警報信号を発生する。警報信号は直ちに発生してもよいが、予め定めた待機回数または待機期間、作業者が転倒していると判断し続けている場合に、警報信号を発生するようにしてもよい。このようにすれば警報信号を発生する前に作業者が動いて転倒してない姿勢に戻った場合に、警報信号を誤って発生することを防止できる。

なお、警報信号に基づいて、何を行うかは任意である。例えば、転倒していると判断された作業者の周囲にいる人に対して、転倒の事実を知らしめるため、警報音を出すようにしてもよい。また、遠隔地で監視を行う管理サーバが存在する場合には、警報信号を受信したら転倒したと判断された作業者の近くにいる他の作業者に対して、救護を指示することも可能である。

本発明の作業者転倒検知システムは、三軸加速度センサが検知する三軸方向成分の変化量から作業者が動いたか否かを姿勢判定部の判定動作と同期して予め定めた判定基準に基づいて判定する動き判定部をさらに備えていてもよい。そして、動き判定部が、作業者が動いていないと判定していることを前提として、転倒判定部が、予め定めた待機回数または待機期間、作業者が転倒していると判断し続けている場合に警報信号を発生するように構成されていてもよい。このようにすれば、転倒姿勢で、静止状態にあることがわかるため、確実に転倒を疑わせる状態にあると判定でき、さらに誤報を減らすことができる。

なお、動き判定部の予め定めた判定基準は、変化量が予め定めた閾値以上あるときを作業者が動いたと仮判定し、該仮判定が判定された回数が、予め定めた回数中で予め定めた規定回数以上である場合に、作業者が動いていると判定するように定めることができる。このようにすると動き判定部の判定が、転倒判定部の判定の前提となるため、転倒判定部の判定結果の信憑性を高めることができる。

作業者転倒検知システムが、作業者のヘルメットに装着されるものであり、警報信号に基づいて警報音を発生する警報音発生器がヘルメットに装着されている場合には、転倒判定部が警報信号を発生すると、動き判定部の閾値が、警報音が原因となって発生する振動を検知しないレベルに変更されることが好ましい。このようにすれば、警報音による振動を検知したことで、作業者が動いている（意識がある）と誤判断されないようにすることができる。

本発明の作業者転倒検知システムは、移動領域内における１以上の作業者の位置を決定する作業者位置検知システムに組み込むことも可能である。

作業者位置検知システムは、１以上の作業者が移動する移動領域内の予め定めた複数の設置位置にそれぞれ設置されて、ビーコンＩＤを含むビーコン信号を発生する複数のビーコン信号発生器と、１以上の作業者に装着されて１以上のビーコン信号を受信し、受信した１以上のビーコン信号の電波強度から位置決定用のビーコン信号を定めて該ビーコン信号発生器のビーコンＩＤを位置決定用のビーコンＩＤとして決定して保存するビーコンＩＤ決定保存部と、位置決定用のビーコンＩＤと自身を特定する端末ＩＤを含む位置決定用情報を発信する発信部を有する１以上の通信端末器と、１以上の通信端末器が、それぞれ決定した位置決定用のビーコンＩＤ及び端末ＩＤと、移動領域内の予め定めた複数の設置位置の情報に基づいて、１以上の作業者の移動領域内における位置を決定する位置決定部とを備えており、通信端末器に作業者転倒検知システムを設けることができる。

そして、通信端末器の発信部は、位置決定情報と一緒に作業者転倒検知システムが判定した判定結果の情報を位置決定部に送信するように構成されている。位置決定部は、判定結果が作業者が転倒していることを示しているときに、作業者の位置情報と一緒に作業者が転倒していることを知らせる警報を発生する警報発生部をさらに備えている。

このようにすれば、作業者が転倒していることだけでなく、作業者が転倒している位置も合わせて知らせることができるため、転倒した作業者の救護に出向いたり、救護を向かわせることが可能となる。

作業者の位置及び転倒検知システムの概念図である。 実際のビーコン信号発生器の配置状態の一例を示す図である。 通信端末器５の具体的な内部構成の一例を示すブロック図である。 図２に示した実際の配置状態において、作業者の位置を決定する作業者位置検知システムの主要部の構成を示すブロック図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、三軸加速度センサ５７ａの出力値の軽量化処理の一例である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、傾き方向決定部５７ｃが決定する三軸の傾き方向の一例である。 三軸加速度センサ５７ａを中心にして想定される球体と、その球体の表面を５６分割した仮想領域を示す図である。 三軸加速度センサ５７ａの加速度値に基づく姿勢番号の変換表である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、作業者の姿勢と、姿勢番号の関係性を示す図である。 作業者Ｗの転倒を検知するまでの処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の作業者転倒検知システム及び作業者位置検知システムの実施の形態を詳細に説明する。

＜全体構成＞
図１（Ａ）は、作業者転倒検知システム及び作業者位置検知システムを備えた本実施の形態の作業者の位置及び転倒検知システム１の全体構成を示すブロック図であり、図１（Ｂ）は本実施の形態を実際に実施する場合のシステムの概念図である。図２は、実際のビーコン信号発生器の配置状態の一例を示す図であり、図３は通信端末器５の具体的な内部構成の一例を示すブロック図であり、図４は図２に示した実際の配置状態において、作業者の位置を決定する作業者位置検知システムの主要部の構成を示すブロック図である。

本実施の形態では、１以上の作業者が移動する移動領域内における１以上の作業者の位置を検知する作業者位置検知システム１Ｂと、作業者が転倒していることを検知すると危険姿勢検知情報を発生する作業者転倒検知システム１Ａと、警報発生装置１Ｃを備えている。作業者の位置及び転倒検知システム１は、作業者が転倒していることを作業者転倒検知システム１Ａが検知すると、警報発生装置１Ｃに警報信号を発生させる。警報発生装置１Ｃは、例えば、作業者位置検知システム１Ｂと一緒に用いられる作業者の作業者転倒検知システムの警報音発生器または作業者のヘルメットに装着した警報音発生器で警報を発生する。

＜作業者位置検知システム＞
図１（Ｂ）に示すように、このシステム１は、作業者Ｗが移動する移動領域ＭＡ内の予め定めた位置に設置された複数のビーコン信号発生器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、作業者Ｗが装着する通信端末器５と、通信端末器５と電気通信回線ＮＷで接続された管理サーバ７（位置決定部７０）とから構成されており、移動領域ＭＡ内のいずれの位置に作業者Ｗが存在するのか、決定するシステムである。図１（Ｂ）には、移動領域ＭＡ内にある４つの区域ＭＡ１〜ＭＡ４の４区域に１つのビーコン信号発生器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置しているように表示しているが、実際は、図２に示すように、１つの区域内に複数のビーコン信号発生器１０１〜１０Ｎ（Ｎは正の整数）を所定の間隔を開けて配置している。

図２において、ＷＡ及びＷＢは作業者であり、５Ａ及び５Ｂは各作業者が携帯する通信端末器である。複数のビーコン信号発生器１０１〜１０Ｎは、作業者の移動を妨げず、且つ移動領域に存在する物体の影響を避けるために、例えば移動領域内の天井に取り付けられるのが好ましい。図２に示すように、各ビーコン信号発生器１０１、１０２・・・１０８は、相互に所定の距離を空けてマトリクス状に配置される。各ビーコン信号発生器１０１、１０２・・・１０８は予め定められた電波強度で、固有のＩＤ（識別子）を含むビーコン信号を下方に向けて発する。

複数の通信端末器５Ａ〜５Ｎは、複数のビーコン信号発生器１０１〜１０Ｎの発する各ビーコン信号を無指向性アンテナにより受信し、受信した結果をデータに変換して無線通信により管理サーバ７内の位置決定部７０に送信する。なお通信端末器５Ａ〜５Ｎが一時データ記憶部を備えていれば、通信端末器は測定データを全て一時データ記憶部に記憶しておき、後からデータを位置決定部７０に送信するようにしてもよいのは勿論である。

図３は、通信端末器５の具体的な内部構成の一例を示している。通信端末器５は、作業者Ｗがそれぞれ装着するものであり、ビーコン信号発生器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（１０１〜１０Ｎ）からのビーコン信号を受信する受信部５１と、受信した１以上のビーコン信号の電波強度から位置決定用のビーコン信号を定めて該ビーコン信号発生器３のビーコンＩＤを位置決定用のビーコンＩＤとして決定するビーコンＩＤ決定部５３と、位置決定用のビーコンＩＤと自身を特定する端末ＩＤを含む位置決定用情報を発信する発信部５５を有する。通信端末器５はさらに作業者転倒検知システム５７を備えているが、これについては後述する。本実施の形態では、作業者Ｗがかぶるヘルメットの後頭部の外側に装着されている。

図４に示すように、実際は、複数の通信端末器５Ａ〜５Ｎが、ビーコンＩＤ決定保存部５４Ａ〜５４Ｎを含むビーコンＩＤ決定部５３Ａ〜５３Ｎと発信部５５Ａ〜５５Ｎを内蔵している。複数の通信端末器５Ａ〜５Ｎは、複数の作業者ＷＡ〜ＷＮのそれぞれに１個ずつ装着されて、複数のビーコン信号発生器１０１〜１０Ｎの発する各ビーコン信号を無指向性アンテナにより受信し、受信した結果を内蔵の各ビーコンＩＤ決定部５３Ａ〜５３Ｎで処理する。図２では、移動体ＷＡ、ＷＢがそれぞれ通信端末器５Ａ、５Ｂを装着している。

各通信端末器５Ａ〜５Ｎは、受信部５１Ａ〜５１Ｎと、ビーコンＩＤ決定保存部５４Ａ〜５４Ｎを含むビーコンＩＤ決定部５３Ａ〜５３Ｎと発信部５５Ａ〜５５Ｎとを備えている。ビーコンＩＤ決定保存部５４Ａ〜５４Ｎは、所定の判定周期（具体的には例えば１秒）で、受信した１以上のビーコン信号の電波強度から位置決定用のビーコン信号を決定して該位置決定用のビーコン信号を発生するビーコン信号発生器のビーコンＩＤを位置決定用のビーコンＩＤとして決定して保存する。発信部５５Ａ〜５５Ｎは、位置決定用のビーコンＩＤと自身を特定する端末ＩＤを含む位置決定用情報を位置決定部７０に送信する。

位置決定部７０は、各通信端末器５Ａ〜５Ｎから周期的に送信される位置決定用のビーコンＩＤと端末ＩＤと、各ビーコン信号発生器１０１〜１０Ｎの移動領域内における予め定めた複数の設置位置の情報（移動領域内におけるビーコン信号発生器の設置位置を地図データとして記憶した情報に相当）とに基づいて、所定の決定周期（具体的には例えば５秒）で、各移動体ＷＡ・・・の移動領域内における位置を決定する。なお本実施の形態において、電波強度は、直接的に位置の決定に利用されるものではなく、位置決定用のビーコンＩＤの更新の条件判断に利用されるものであり、電波強度によって詳細な現在位置を決定するものではない。

なお本実施の形態では、どのビーコン信号発生器の電波が届く範囲内に作業者（通信端末器）が存在するか否かを現在位置の決定とする。したがってビーコン信号発生器からどの程度の距離の位置に作業者（通信端末器）がいるかまでは、決定しない。したがって位置決定に要する演算が複雑になることはない。

そして本実施の形態では、ビーコンＩＤ決定部５３Ａ〜５３ＮのビーコンＩＤ決定保存部５４Ａ〜５４Ｎが、位置決定用のビーコンＩＤの決定に採用した１つのビーコン信号の前回の電波強度と今回の電波強度との強度差が、予め定めた限界閾値以下になるまでは、位置決定用のビーコンＩＤの更新をしない。ビーコン信号の電波強度は、ビーコン信号発生器に近い領域では、電波強度（ＲＳＳＩ）の変化率（強度差）が大きく、ビーコン信号発生器から離れるほど電波強度（ＲＳＳＩ）の強度差（変化率）が小さくなる。そこでビーコンＩＤ決定保存部５４Ａ〜５４Ｎは、位置決定用のビーコンＩＤの決定に採用した１つのビーコン信号の前回の電波強度と今回の電波強度との強度差が、予め定めた限界閾値以下になるまで（見方を変えると、前回の位置決定用のビーコンＩＤの決定に用いたビーコン信号発生器から通信端末器がある程度離れるまで）、位置決定用のビーコンＩＤの更新をしない。このようにすると、作業者ＷＡ〜ＷＮが複数のビーコン信号の出力範囲の境界領域に入った場合でも、前回決定した位置決定用のビーコンＩＤが保持される。そして前回の位置決定用のビーコンＩＤの決定に用いたビーコン信号発生器から作業者（通信端末器）がある程度離れたことを電波強度の強度差により検知すると、位置決定用のビーコンＩＤの更新をすることになる。位置決定部７０は、位置決定用のビーコンＩＤの更新を受けて、作業者の現在位置の更新を行う。

これを図２に即して説明すると、通信端末器５Ａを装着した作業者ＷＡは、作業領域Ｒ内で移動を繰り返しつつ作業を行っている。このような場合、単純に電波強度のみで位置決定用のビーコンＩＤ（現在位置）を決定すると、作業者ＷＡの位置は短い時間にビーコン信号発生器１０１、１０２、１０３及び１０４の間で頻繁に切り替わり、変動してしまう。本実施の形態では、例えば作業者ＷＡがビーコン信号発生器１０３の設置されている方向からビーコン信号発生器１０２が設置されている作業領域内に移動してきたとすると、４つのビーコン信号発生器１０１〜１０４の中で最初に位置決定用のビーコンＩＤ（現在位置）の決定に用いたビーコン信号発生器１０３の電波強度だけが問題となり、ビーコン信号発生器１０３の前回の電波強度と今回の電波強度との強度差が、予め定めた限界閾値以下にならない限り、位置決定用のビーコンＩＤ（現在位置）を更新しない。

図２の例で作業者ＷＡはビーコン信号発生器１０３から遠く離れることなくある作業領域内でのみ移動していれば、他のビーコン信号発生器１０１、１０２または１０４の方が電波強度が高くなったとしても、それだけでは位置決定用のビーコンＩＤ（現在位置）が更新されない。そしてその作業領域内での作業が終了し、作業者ＷＡが移動すると、ビーコン信号発生器１０３の前回と今回の電波強度の強度差が小さくなり、これは作業者ＷＡがビーコン信号発生器１０３から遠く離れたためなので、その時点で最も電波強度の高いビーコン信号発生器のビーコンＩＤを位置決定用のビーコンＩＤとして採用して現在位置を更新する。例えば、作業者がビーコン信号発生器１０２が発生するビーコン信号の電波領域内に入れば、ビーコン信号発生器１０２のビーコンＩＤによって特定される位置が作業者が現在存在する現在位置として更新される。

このように制御すると、例えば１秒以内に通信端末器５Ａを装着した作業者ＷＡがビーコン信号発生器１０３付近に居るにも拘わらず、ビーコン信号発生器１０３からのビーコン信号を正しく受信することができなかった場合に電波強度が実際の値より低い値が測定され、より遠いビーコン信号発生器１０２等のビーコン信号が採用されて現在位置が更新されるという誤作動を防ぐ、という効果も得られる。

この限界閾値は、２以上のビーコン信号発生器１０１・・・の出力の受信による誤検出を防止できるように定める。理論的には限界閾値は、２以上のビーコン信号発生器１０１・・・の出力範囲が重なる境界領域内においては、強度差（位置決定用のビーコンＩＤの決定に採用した１つのビーコン信号の前回の電波強度と今回の電波強度との差）が限界閾値以下にならないように定めれば位置決定用のビーコンＩＤが頻繁に切り替わってしまうことを防止して、正確な位置検出を実現できる。具体的な数値は、ビーコン信号発生器１０１・・・の発する電波強度や設置間隔等に基づいて定められる。

ビーコンＩＤ決定保存部５４Ａ〜５４Ｎは、決定周期の１周期の期間内に決定周期よりも短い測定周期（本実施の形態では１／１０秒）で受信した複数のビーコン信号の電波強度の平均的な値を算出し、この平均的な値を電波強度と決定し、内部メモリに保存する。ビーコンＩＤ決定保存部５４Ａ〜５４Ｎは、この平均的な値に基づいて、位置決定用のビーコンＩＤの決定を行う。すなわちビーコンＩＤ決定保存部５４Ａ〜５４Ｎは、前回の電波強度の平均的な値を内部メモリに記録して保持しておき、位置決定用のビーコンＩＤの決定時には、内部メモリから読み出した前回の電波強度と、新たに算出した今回の電波強度の平均的な値とを比較するようにしている。このように平均的な値を用いると、測定データのバラツキを補正することができ、測定の誤りの影響を最小限に抑えることができる。

この実施形態において「平均的な値」は、１周期の期間内に決定周期よりも短い所定の測定周期で受信した、複数のビーコン信号の複数の電波強度の単純平均として求めているが、他の実施形態では複数のビーコン信号の電波強度の中央値として求めたり、複数のビーコン信号の電波強度の最大値と最小値を除く残りの電波強度の単純平均値として求めるようにしている。

＜作業者転倒検知システム＞
本実施の形態の作業者転倒検知システム１Ａは、作業者が転倒しているか否かを判定するためのシステムである。図３に示すように、作業者転倒検知システム５７は、三軸加速度センサ５７ａと、動き判定部５７ｂと、傾き方向決定部５７ｃと、姿勢データ記憶部５７ｄと、姿勢判定部５７ｅと、転倒判定部５７ｆと、警報音発生器５７ｇとを備えている。この作業者転倒検知システム５７によれば、姿勢判定部５７ｅが、三軸加速度センサ５７ａから得られた三軸の傾き方向と、三軸の傾き方向と作業者の姿勢との関係を対応付けた姿勢データとから作業者の姿勢を判定することで、常時、作業者の姿勢を監視する。そして、姿勢判定部５７ｅで判定する判定結果のうち、一部を、転倒と判断できる姿勢（以下、「転倒姿勢」）であるとして定めておくことで、作業者が転倒している可能性があることを検知する。ただし、転倒判定部５７ｆは、一度の転倒姿勢になったことの判定結果だけで作業者が転倒したと判定すると、誤判定になる可能性が高いため、連続した複数回にわたる姿勢判定部５７ｅの判定結果に基づいて、作業者が転倒しているか否かを判定する。また本実施の形態では、三軸加速度センサ５７ａが検知する三軸方向成分の変化量から作業者が動いたか否かを姿勢判定部５７ｅの判定動作と同期して予め定めた判定基準に基づいて判定する動き判定部５７ｂをさらに備えている。そして、動き判定部５７ｂが、作業者が動いていないと判定していることを前提として、転倒判定部５７ｆが、予め定めた待機回数または待機期間、作業者が転倒していると判断し続けている場合に警報信号を発生するように構成されている。その結果、転倒姿勢で、静止状態にあることがわかるため、確実に転倒を疑わせる状態にあると判定でき、さらに誤報を減らすことができる。したがって、本実施の形態によれば、三軸加速度センサ５７ａの出力に基づいて、従来よりも高い精度で転倒を判定することが可能である。

なお、動き判定部５７ｂの予め定めた判定基準は、変化量が予め定めた閾値以上あるときを作業者が動いたと仮判定し、該仮判定が判定された回数が、予め定めた回数（例えば３０回）中で予め定めた規定回数（例えば２回）以上である場合に、作業者が動いていると判定するように定めることができる。このようにすると動き判定部５７ｂの判定が、転倒判定部５７ｆの判定の前提となるため、転倒判定部５７ｆの判定結果の信憑性を高めることができる。

本実施の形態で採用する三軸加速度センサ５７ａは、Ｘ軸と、Ｘ軸と直交するＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸の双方に直交するＺ軸の３軸方向の加速度を検出するものである。本実施の形態では、作業者Ｗが直立状態において、Ｘ軸が作業者Ｗの左右方向、Ｙ軸が作業者Ｗの上下方向、Ｚ軸が作業者Ｗの前後方向になるよう、ヘルメットに装着されている。

動き判定部５７ｂは、作業者が静止状態にいるか否かを判定するためのものであり、三軸加速度センサ５７ａが検知する三軸方向成分の変化量から作業者が動いたか否かを判定する。具体的には、加速度値の変化があらかじめ設定された閾値以下で、動きがない時間の割合が増加した場合に、作業者が静止状態にいると判定する。

また、傾き方向決定部５７ｃは、三軸加速度センサ５７ａが検知する三軸方向成分の値から重力方向に対する三軸加速度センサ５７ａの三軸の傾き方向を決定する。

姿勢データ記憶部５７ｄは、三軸の傾き方向と作業者の姿勢との関係を対応付けた姿勢データを予め記憶している。

姿勢判定部５７ｅは、傾き方向決定部５７ｃが決定した傾き方向と、姿勢データ記憶部５７ｄの姿勢データとに基づいて、作業者Ｗの姿勢を判定する。

転倒判定部５７ｆは、動き判定部５７ｂの判定結果（後述の「第１の判定条件」）及び姿勢判定部５７ｅの判定結果（後述の「第２の判定条件」）に基づいて、作業者が転倒しているか否かを判定する。作業者Ｗが転倒していると判断すると、警報信号を発生する。そして警報音発生器５７ｇは、警報信号に基づいて警報音を発生するものであり、作業者Ｗの周囲に作業者Ｗの転倒を報知する。

転倒判定部５７ｆは、姿勢判定部５７ｅが予め定めたサンプリング周期（例えば３２０ｍｓ）で予め定めた回数（例えば３０回）判定した作業者の姿勢のうち、予め定めた転倒と判断できる姿勢の判定結果が一番多いときに、作業者が転倒していると判断するように構成することができる。このようにすると複数回の判定結果のうち、最も多い判定結果で転倒か否かが判定されるため、判定回数を多くして、判定精度を高めることができる。

なお転倒判定部５７ｆが、作業者が転倒したと判定した場合、警報信号は直ちに発生してもよいが、予め定めた待機回数または待機期間（例えば１分）、作業者が転倒していると判断し続けている場合に、警報信号を発生するようにしてもよい。このようにすれば警報信号を発生する前に作業者が動いて転倒してない姿勢に戻った場合に、警報信号を誤って発生することを防止できる。本実施の形態のように、警報音発生器５７ｇを通信端末器５内に設ける場合には、転倒していると判断された作業者の周囲にいる人に対して、転倒の事実を知らしめるため、警報音を出す。また本実施の形態では、遠隔地で監視を行う管理サーバ７側にも警報発生装置１Ｃが存在しているので、警報信号を受信したら転倒したと判断された作業者の近くにいる他の作業者に対して、救護を指示することが可能である。

＜第１の判定条件：作業者が静止状態にいるか否か＞
転倒判定部５７ｆが作業者が転倒しているか否かを判定する第１の判定条件を説明する。第１の判定条件は、動き判定部５７ｂによるものであり、判定を行うに先立ち、本実施の形態では、三軸加速度センサ５７ａの出力値の軽量化処理を行っている。

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、三軸加速度センサ５７ａの出力値の軽量化処理の一例である。図５（Ａ）〜（Ｃ）の例は、Ｘ軸方向（作業者の左右方向）の出力値の軽量化処理であるが、Ｙ軸及びＺ軸それぞれについて、同様の処理を行っている。

図５（Ａ）は、三軸加速度センサ５７ａのＸ軸方向の出力値を示すグラフであり、作業者Ｗが右方向に傾くとマイナス値が出力され、作業者Ｗが左方向に傾くとプラス値が出力されている。図５（Ｂ）は、（Ａ）に基づいて、各単位時間当たりの前回値と現在値の出力値を比較した変化量である。図５（Ｃ）は、（Ｂ）に示した変化量が閾値（この場合には、「２」）以上になったときを０と１の２値で記録したウェイクアップフラグである。すなわち、作業者Ｗの動きがある状態では、１が記録される割合が増加するのに対して、作業者Ｗの動きがない状態では、０が記録される割合が増加する。したがって、０が記録される割合が所定の割合を超えた場合に（例えば、直近３０回中２８回以上）、動き判定部５７ｂは、作業者Ｗが「静止状態」にあると判定することができる。

＜第２の判定条件：作業者が転倒姿勢にいるか否か＞
転倒判定部５７ｆが作業者が転倒しているか否かを判定する第２の判定条件を説明する。第２の判定条件は、姿勢判定部５７ｅによるものであり、上述の通り、姿勢判定部５７ｅは、傾き方向決定部５７ｃの決定した傾き方向と、姿勢データ記憶部５７ｄの姿勢データとに基づいて、作業者Ｗの姿勢を判定している。

まず、本実施の形態における、三軸の傾き方向に基づく「転倒疑いあり」「転倒疑いなし」の定義を説明する。図６（Ａ）〜（Ｃ）は、傾き方向決定部５７ｃが決定する三軸の傾き方向の一例である。この例では、Ｚ軸（作業者の前後方向）を中心にして三軸加速度センサ５７ａ（すなわち作業者）が回転した場合の重力加速度Ｇに対するＸ軸及びＹ軸の傾き方向を示している。角度は、下方向（重力加速度Ｇの向き）が９０°であり、上方向（重力加速度Ｇの反対方向）が−９０°であり、左右方向（重力加速度Ｇと直交する方向）が０°と定義してある。

本例では、図６（Ａ）に示すように、Ｘ軸が−６０°≦θＸ≦６０°の範囲内にあり、且つ、Ｙ軸が３０°≦θＹ≦９０°の範囲内にある場合には、作業者が立っていて「転倒の疑いなし」と定めている。また、作業者Ｗの状態としては考えにくいが、図６（Ｃ）に示すように、Ｘ軸が−６０°＜θＸ＜６０°の範囲内にあり、且つ、Ｙ軸が−９０°≦θＹ＜−３０°の範囲内にある場合には、「転倒の疑いなし（逆さ）」と定めている。

これに対して、図６（Ｂ）に示すように、Ｘ軸が−９０°≦θＸ≦−６０°の範囲内にあり、且つ、Ｙ軸が−３０°≦θＹ＜３０°の範囲内にある場合には、「転倒の疑いあり」と定めている。本実施の形態では、これら定義を踏まえ、次の軽量化処理を行っている。

本実施の形態では、三軸加速度センサ５７ａを中心にして、図７に示すような球体を想定して球体の表面を５６分割し、重力加速度Ｇが５６の仮想領域のどれを指し示すかを判定することで作業者Ｗの姿勢を判定している。このために、まず、三軸加速度センサ５７ａが出力する各軸の出力値を、５００ｍＧを境に分岐させ、下記の通り２ｂｉｔに変換している：
Ｕ Ｌ 加速度値
０ １ ５００ｍＧ≦Ｇ値
０ ０ ０≦Ｇ値＜５００ｍＧ
１ １ −５００ｍＧ≦Ｇ値＜０
１ ０ Ｇ値＜−５００ｍＧ
その上で、姿勢データ記憶部５７ｄが記憶している図８に示した変換表に基づいて、姿勢番号に変換している（なお、図８の変換表において、ＸＵは、Ｘ軸のＵ値であり、ＸＬはＸ軸のＬ値であり、他も同様である）。

例えば、ＸＵ＝０，ＸＬ＝０，ＹＵ＝１，ＹＬ＝０，ＺＵ＝１，ＺＬ＝１の場合には、姿勢番号７（図９（Ａ）の状態）と判定され、ＸＵ＝０，ＸＬ＝０，ＹＵ＝１，ＹＬ＝０，ＺＵ＝０，ＺＬ＝１の場合には、姿勢番号５（図９（Ｂ）の状態）と判定される。先述の「転倒の疑いあり」の定義に合わせ、姿勢番号１７〜４０のいずれかに該当した場合に、「転倒姿勢」と判定されることになる。なお、後述のように、本実施の形態では、所定回数（例えば、直近３０回）中、「転倒姿勢」と分類される姿勢番号が最も多くなった場合に、「転倒の疑いあり」と判定する。

＜転倒判定のフローチャート＞
本実施の形態では、図１０に示すフローチャートにしたがって、作業者Ｗの転倒を検知している。

転倒判定部５７ｆは、予め定めたサンプリング周期（本例では、３２０ｍｓ）毎に三軸加速度センサ５７ａからＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の加速度値を読み出し（ステップＳＴ１，ＳＴ２）、動き判定部５７ｂと姿勢判定部５７ｅに出力する。

動き判定部５７ｂは、前回（３２０ｍｓ前）と現在の加速度値の変化量が閾値以上あるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。この判定は、上述の通り、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示した方法で判定しており、変化量が閾値以上ある場合には、ウェイクアップフラグを"１"にし（ステップＳＴ４）、変化量が閾値以上ない場合には、ウェイクアップフラグを"０"にして（ステップＳＴ５）、転倒判定部５７ｆに出力する。

姿勢判定部５７ｅは、得られた加速度値に基づいて、上述の方法で姿勢番号を算出し（ステップＳＴ６）、転倒判定部５７ｆに出力する。

転倒判定部５７ｆは、得られた姿勢番号及びウェイクアップフラグをバッファに保存する（ステップＳＴ７）。

次に、転倒判定部５７ｆは、バッファ内にウェイクアップフラグ"０"が閾値以上（上述のように、例えば、直近３０回中２８回以上）あるか否かを判定する（ステップＳＴ８）。閾値以上ある場合には、作業者Ｗが「静止状態」にあることが判定されたことになり、第１の転倒条件がクリアされたことになる（ステップＳＴ９）。第１の転倒条件がクリアされた場合には、転倒判定部５７ｆは、さらに、バッファで一番多い姿勢番号が転倒姿勢に分類されるか否かを判定する（ステップＳＴ１０）。すなわち、所定回数（例えば、直近３０回）中、「転倒姿勢」と分類される姿勢番号（姿勢番号１７〜４０のいずれか）が最も多くなった場合に、第２の転倒条件がクリアされたことになる（ステップＳＴ１１）。その後、この状態、すなわち、第１の転倒条件及び第２の転倒条件の両方が満たされた状態が所定時間（例えば、３２０ｍｓ×１８８回＝約１分）経過した場合（ステップＳＴ１２）、転倒判定部５７ｆは、作業者Ｗが転倒していると判定し、警報信号を発生する（ステップＳＴ１３）。警報音発生器５７ｇは、警報信号を受けて警報音を発生する（同ステップＳＴ１３）。この際、警報音が原因となって発生する振動を動き判定部５７ｂが検知してしまうと、作業者Ｗが動いていると判定され、第１の転倒条件が満たされなくなってしまうため、動き判定部５７ｂが判定する変化量の閾値を振動時用の閾値に変更し（具体的には、閾値を上げる）、ＳＴＡＲＴに戻ってループする（ステップＳＴ１４）。

本実施の形態では、ステップＳＴ１３で、通信端末器５の発信部５５は、位置決定用情報と一緒に、作業者転倒検知システム５７が判定した判定結果も管理サーバ７に送信するようになっている。警報発生装置１Ｃは、判定結果が作業者Ｗが転倒していることを示しているときには、作業者Ｗの位置情報と一緒に作業者が転倒していることを知らせる警報を発生する。

第１の転倒条件をクリアしなかった場合（ステップＳＴ８）、または、第２の転倒条件をクリアしなかった場合（ステップＳＴ１０）には、いずれの場合も作業者Ｗは転倒していないと判定できる（ステップＳＴ１５）。警報音発生器５７ｇが警報音を発生している場合には、転倒判定部５７ｆは、警報音を止めるように信号を発生し（同ステップＳＴ１５）、また、動き判定部５７ｂが判定する変化量の閾値が振動時用の閾値に変更されている場合には、通常時用に戻し、ＳＴＡＲＴに戻ってループする（ステップＳＴ１６）。

上記実施の形態は、一例として記載したものであり、その要旨を逸脱しない限り、本発明は本実施例に限定されるものではない。例えば、上記例では、作業者位置検知システムに作業者転倒検知システムを組み入れているが、作業者転倒検知システム単独で運用してもよいのはもちろんである。また、上記例では、第１の転倒条件と第２の転倒条件の両方を用いて作業者Ｗの転倒を判定しているが、第２の転倒条件のみに基づいて作業者Ｗの転倒を判定することも可能である。ただし、この場合は短時間で判定を行うと誤判定が増加する可能性があるため、図１０のステップＳＴ１２の時間を増加させる等の変更が望ましい。

本発明によれば、従来よりも高い精度で、作業者の転倒を判定することが可能な作業者転倒検知システム及び作業者位置検知システムを提供することができる。また、転倒の誤判定が少ない作業者転倒検知システム及び作業者位置検知システムを提供することができる。

１ 作業者の位置及び転倒検知システム
１Ａ 作業者転倒検知システム
１Ｂ 作業者位置検知システム
１Ｃ 警報発生装置
３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）（１０１〜１０Ｎ） ビーコン信号発生器
５（５Ａ〜５Ｎ） 通信端末器
５１（５１Ａ〜５１Ｎ） 受信部
５３（５３Ａ〜５３Ｎ） ビーコンＩＤ決定部
５４（５４Ａ〜５４Ｎ） ビーコンＩＤ決定保存部
５５（５５Ａ〜５５Ｎ） 発信部
５７ 作業者転倒検知システム
５７ａ 三軸加速度センサ
５７ｂ 動き判定部
５７ｃ 傾き方向決定部
５７ｄ 姿勢データ記憶部
５７ｅ 姿勢判定部
５７ｆ 転倒判定部
５７ｇ 警報音発生器
７ 管理サーバ
７０ 位置決定部
Ｗ 作業者
ＭＡ 移動領域
ＭＡ１〜ＭＡ４ 区域

Claims (7)

1. 作業者が転倒しているか否かを判定する作業者転倒検知システムであって、
   前記作業者に装着された三軸加速度センサと、
   前記三軸加速度センサが検知する三軸方向成分の値から重力方向に対する前記三軸加速度センサの三軸の傾き方向を決定する傾き方向決定部と、
   前記三軸の傾き方向と前記作業者の姿勢との関係を対応付けた姿勢データを予め記憶する姿勢データ記憶部と、
   前記傾き方向決定部が決定した前記三軸の傾き方向と前記姿勢データとに基づいて、前記作業者の姿勢を判定する姿勢判定部と、
   連続した複数回にわたる前記姿勢判定部の判定結果に基づいて、前記作業者が転倒しているか否かを判定する転倒判定部とからなる作業者転倒検知システム。
2. 前記転倒判定部は、前記姿勢判定部が予め定めたサンプリング周期で予め定めた回数判定した前記作業者の姿勢のうち、予め定めた転倒と判断できる姿勢の判定結果が一番多いときに、前記作業者が転倒していると判断するように構成されている請求項１に記載の作業者転倒検知システム。
3. 前記転倒判定部が、予め定めた待機回数または待機期間、前記作業者が転倒していると判断し続けている場合に、警報信号を発生するように構成されている請求項２に記載の作業者転倒検知システム。
4. 前記三軸加速度センサが検知する三軸方向成分の変化量から前記作業者が動いたか否かを前記姿勢判定部の判定動作と同期して予め定めた判定基準に基づいて判定する動き判定部をさらに備え、
   前記動き判定部が、前記作業者が動いていないと判定していることを前提として、前記転倒判定部が、予め定めた待機回数または待機期間、前記作業者が転倒していると判断し続けている場合に警報信号を発生するように構成されている請求項２に記載の作業者転倒検知システム。
5. 前記動き判定部の前記予め定めた判定基準は、前記変化量が予め定めた閾値以上あるときを前記作業者が動いたと仮判定し、該仮判定が判定された回数が、前記予め定めた回数中で予め定めた規定回数以上である場合に、前記作業者が動いていると判定するように定められている請求項４に記載の作業者転倒検知システム。
6. 前記作業者転倒検知システムは、前記作業者のヘルメットに装着されており、
   前記警報信号に基づいて警報音を発生する警報音発生器が前記ヘルメットに装着されており、
   前記転倒判定部が前記警報信号を発生すると、前記動き判定部の前記閾値が、前記警報音が原因となって発生する振動を検知しないレベルに変更されることを特徴とする請求項５に記載の作業者転倒検知システム。
7. １以上の作業者が移動する移動領域内の予め定めた複数の設置位置にそれぞれ設置されて、ビーコンＩＤを含むビーコン信号を発生する複数のビーコン信号発生器と、
   前記１以上の作業者に装着されて１以上の前記ビーコン信号を受信し、受信した１以上の前記ビーコン信号の電波強度から位置決定用のビーコン信号を定めて該ビーコン信号発生器の前記ビーコンＩＤを位置決定用のビーコンＩＤとして決定して保存するビーコンＩＤ決定保存部と、前記位置決定用のビーコンＩＤと自身を特定する端末ＩＤを含む位置決定用情報を発信する発信部を有する１以上の通信端末器と、
   前記１以上の通信端末器が、それぞれ決定した前記位置決定用のビーコンＩＤ及び前記端末ＩＤと、前記移動領域内の前記予め定めた複数の設置位置の情報に基づいて、前記１以上の作業者の前記移動領域内における位置を決定する位置決定部とを備えた作業者位置検知システムであって、
   前記通信端末器には、前記作業者に装着された三軸加速度センサと、前記三軸加速度センサが検知する三軸方向成分の値から重力方向に対する前記三軸加速度センサの三軸の傾き方向を決定する傾き方向決定部と、前記三軸の傾き方向と前記作業者の姿勢との関係を対応付けた姿勢データを予め記憶する姿勢データ記憶部と、前記傾き方向決定部が決定した前記三軸の傾き方向と前記姿勢データとに基づいて、前記作業者の姿勢を判定する姿勢判定部と、連続した複数回にわたる前記姿勢判定部の判定結果に基づいて、前記作業者が転倒しているか否かを判定する転倒判定部とからなる作業者転倒検知システムがさらに設けられており、
   前記通信端末器の前記発信部は、前記位置決定用情報と一緒に前記作業者転倒検知システムが判定した判定結果の情報を前記位置決定部に送信するように構成されており、
   前記位置決定部は、前記判定結果が前記作業者が転倒していることを示しているときに、前記作業者の位置情報と一緒に前記作業者が転倒していることを知らせる警報を発生する警報発生部をさらに備えていることを特徴とする作業者位置検知システム。