JP5743963B2 - 負担推定装置、方法、およびチェックアウト装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、負担推定装置、方法、およびチェックアウト装置に関する。

スーパーマーケットなどの店舗では、チェックアウトシステムが一般的に備えられる。チェックアウトシステムは、作業者が、カウンターに置かれたかごから商品を取り出し、商品に付されるバーコードなどをスキャンしてもう一方のかごに収納するスキャニング作業をおこなう。さらに、作業者は会計および接客も行なう。スキャニング作業は、速さに加えて正確性も求められる作業であることに加え、重い品物など様々な作業対象物を移動させる作業を伴うため、身体的な負担が大きい。そこで、作業者の負担を把握して作業支援する手法として、作業者に装着された床反力センサにより検出される床反力より推定される関節モーメント値を用いて負荷判定を行う手法がある。

特開２０１０−１１３４６５号公報

しかし、床反力センサなどのセンサを作業者の身体に装着する場合、作業者の動作を阻害する可能性が高い。また、センサを装着せずにカメラなどの撮像装置で作業者の動きなどを測定することも想定されるが、カメラの死角となる部分が発生することや、作業対象物の重量などの負荷も測定できないという問題がある。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、作業者の身体的負担を推定できる負担推定装置、方法、およびチェックアウト装置を提供することを目的とする。

本実施形態に係る負担推定装置は、重心位置算出部、移動量算出部および負担算出部を含む。重心位置算出部は、作業者の作業領域における該作業者の重量を含む第１重量に基づいて、前記作業者の重心位置を算出する。移動量算出部は、前記作業者が作業を行なう前の状態における第１重心位置と該作業者が作業を行なっている状態における第２重心位置との差分である第１重心移動量を、第１間隔ごとに算出する。負担算出部は、前記作業者の重心移動量と該作業者にかかる力の大きさを示すトルクとの関係を示す関係情報を用いて、前記第１重心移動量に応じた第１トルクを算出する。

本実施形態に係るチェックアウト装置の一例を示す図。 第１の実施形態係る負担推定装置を示すブロック図。 作業者重量計の配置の一例を示す図。 脊柱起立筋にかかるトルクと筋電位との関係性の一例を示す図。 外腹斜筋にかかるトルクと筋電位との関係性の一例を示す図。 ヒラメ筋にかかるトルクと筋電位との関係性の一例を示す図。 近似式からの距離と頻度とを示す図。 重心移動量と脊柱起立筋の筋電位との関係性の一例を示す図。 重心移動量と外腹斜筋の筋電位との関係性の一例を示す図。 重心移動量とヒラメ筋の筋電位との関係性の一例を示す図。 重心移動量と脊柱起立筋にかかるトルクとの関係性の一例を示す図。 重心移動量と外腹斜筋にかかるトルクとの関係性の一例を示す図。 重心移動量とヒラメ筋にかかるトルクとの関係性の一例を示す図。 関係データベースに格納される関係情報の一例を示す図。 負担推定装置の動作を示すフローチャート。 作業者の身長と筋肉にかかるトルクとの関係性を示す図。 各筋肉に加わるトルクの比の一例を示す図。 第１係数および第２係数と作業者の身長との関係性を示す図。 第２の実施形態に係る負担推定装置を示すブロック図。 カウンター重量計の配置の一例を示す図。 商品を取り上げるときの重量の変化の一例を示す図。 商品を置くときの重量の変化の一例を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る負担推定装置および方法、チェックアウト装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。
本実施形態に係る負担推定装置の実装例であるチェックアウト装置について図１を参照して説明する。
本実施形態に係るチェックアウト装置１００は、レジ端末１０１、チェックアウトスキャナ１０８、レジ台１０７、センサテーブル１１３ａ、センサテーブル１１３ｂ、ガード１１４、カウンター１１５、カウンター重量計１１６、作業台１１７および作業者重量計１１８を含む。さらに、レジ端末１０１は、客面表示器１０２、タッチパネル１０３、キーボード１０４、レシートプリンタ１０５、ドロワ１０６を含む。一方、チェックアウトスキャナ１０８は、客面表示器１０９、タッチパネル１１０、キーボード１１１およびコードスキャナ１１２を含む。
なお、図１は、チェックアウト装置１００を作業者側から見た様子を示す。作業者は、オペレータ、キャッシャー、チェッカー、およびレジ係などの総称をいう。また、作業者側とは、レジ端末およびチェックアウトスキャナと正対してデータを入力できる位置をいい、図１の例では、チェックアウトスキャナおよびカウンターに対して手前をいう。

チェックアウト装置１００は、Ｉ字形（長方形状）のカウンター１１５のほぼ中央に、作業者側と反対である買い物客側の縁部にスキャニングユニットとして縦型スキャナであるチェックアウトスキャナ１０８を立設する。そして、このチェックアウトスキャナ１０８よりも商品販売作業の流れに沿う下流側位置で、カウンター１１５に隣接させて決済ユニットであるレジ端末１０１をレジ台１０７上に設置したとする。すなわち、図１の例では、作業者が作業者側に立ってチェックアウトスキャナ１０８と正対した場合、左方向のレジ端末１０１を設置した側が商品販売作業において決済が行われる下流側となり、右方向が上流側となる。言い換えると、商品の読み取り作業（以下、スキャン作業ともいう）において商品を読み取る前に商品が置かれる場所を上流側と呼び、読み取った後に商品が置かれる場所を下流側と呼ぶ。なお、レジ台１０７はカウンター１１５とは別の筐体形状であるが、これに限らずレジ端末１０１を設置できる形状であれば何でもよい。またレジ台１０７とカウンター１１５とが一体となるＬ字形状や、Ｃ字形状でもよい。

カウンター１１５の平面には、作業者がチェックアウトスキャナ１０８と正対したときの左右両側に、センサテーブル１１３ａおよびセンサテーブル１１３ｂを配設する。図１の例では、センサテーブル１１３ａは買い物客が未精算の商品を入れたかごを載せる場所、つまり上流側であり、センサテーブル１１３ｂは作業者がコードスキャナ１１２で読み取った商品を入れるかごを載せる場所、つまり下流側である。

さらに、カウンター１１５には、カウンター重量計１１６が配置される。カウンター重量計１１６は、カウンター１１５に置かれたかごおよび商品などの重量（第２重量ともいう）を測定する。本実施形態では、図１に示すようにカウンター１１５の四隅に１つずつ配置し、合計４つのカウンター重量計１１６−１から１１６−４までを配置する例を示すが、これに限らず、さらに多くのカウンター重量計１１６を配置してもよい。なお、カウンター重量計１１６は、２次元の計測データを取得する場合であれば少なくとも３個、１次元の計測データを取得する場合であれば少なくとも２個配置すればよい。
ガード１１４は、作業者または買い物客がかごをカウンター１１５平面上で移動させる場合にチェックアウトスキャナ１０８に衝突しないようにする防護柵である。

次に、レジ端末１０１の詳細について説明する。
客面表示器１０２は、作業者がタッチパネル１０３およびキーボード１０４により入力した情報を買い物客が認識できるように表示する。タッチパネル１０３およびキーボード１０４は、作業者が商品の種類または価格などを入力する処理操作を行うために使用する。レシートプリンタ１０５は、レシート印字などに使用する。ドロワ１０６は、作業者が金銭の出し入れを行うために使用する。なお、図示しないが、レジ端末１０１は、演算処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）、データを一時的に格納するメモリ、データを格納するＨＤＤ（Hard Disk Drive）を含む。

次に、チェックアウトスキャナ１０８の詳細について説明する。
客面表示器１０９は、商品の種類または価格などの情報を表示して買い物客にこれらの情報を認識させるために使用する。タッチパネル１１０およびキーボード１１１は、主にバーコードが付されていない商品などの登録作業を行うために使用する。上述の客面表示器１０９、タッチパネル１１０、およびキーボード１１１は、レジ端末１０１に含まれる客面表示器１０２、タッチパネル１０３、およびキーボード１０４とそれぞれ同様の動作をする。

コードスキャナ１１２は、偏平筐体状であり作業者側に正対する立設面に設けられた読み取り窓から、商品に付されたバーコード情報を作業者操作に基づいて読み取り処理を行う。読み取り処理は、読み取り窓から出射されたレーザ光などがバーコード上で反射し、その反射光を再び読み取り窓から入射させて受光部で受光することにより行なう。
なお、チェックアウトスキャナ１０８とレジ端末１０１とは、有線または無線を問わず電気的に信号の送受信が可能であり、チェックアウトスキャナ１０８へ入力した情報はレジ端末１０１へ送られる。

作業台１１７は、作業者が乗って作業するための板状の台であり、作業台１１７上の領域を作業領域という。
作業者重量計１１８は、作業台１１７に積載される作業者の体重を含む重量（第１重量ともいう）を測定する。カウンター重量計１１６と同様に、図１に示すように作業台１１７の四隅に１つずつ合計４個配置されるが、これに限らずさらに多くの作業者重量計１１８が配置されてもよい。また、作業者重量計１１８は、２次元の計測データを取得する場合であれば少なくとも３個、１次元の計測データを取得する場合であれば少なくとも２個配置すればよい。作業者重量計１１８については、図３を参照して後述する。

次に、本実施形態に係る負担推定装置のブロック図について図２を参照して説明する。
本実施形態に係る負担推定装置２００は、作業者重量計２０１、重心位置算出部２０２、初期重心位置算出部２０３、移動量算出部２０４、トルク関係算出部２０５（第１関係算出部ともいう）、重心移動量関係算出部２０６（第２関係算出部ともいう）、関係生成部２０７、関係データベース２０８（格納部ともいう）、負担算出部２０９、負担解析部２１０および提示部２１１を含む。

なお、負担推定装置２００の全ての構成が、図１に示すチェックアウト装置１００に組み込まれてもよいし、トルク関係算出部２０５、重心移動量関係算出部２０６、関係生成部２０７および関係データベース２０８が、チェックアウト装置１００の外部にあるサーバなどに格納されてもよい。例えば、チェックアウト装置１００のレジ端末１０１に含まれるＣＰＵ２５０およびメモリ２５１に負担推定装置２００の構成が含まれればよい。
作業者重量計２０１は、図１に示す作業者重量計１１８であり、作業者の体重を含んだ積載される重量を測定する。
重心位置算出部２０２は、作業者重量計２０１から重量を受け取り、重量に基づいて重心位置を算出する。重心位置算出部２０２は、一定の時間間隔で重心位置を算出する。
初期重心位置算出部２０３は、重心位置算出部２０２から作業者の作業前の状態、すなわち商品などの作業対象物をスキャンする前の状態における重心位置を受けとり、スキャン前の重心位置を初期重心位置として得る。
移動量算出部２０４は、重心位置算出部２０２から重心位置を、初期重心位置算出部２０３から初期重心位置をそれぞれ受け取る。移動量算出部２０４は、重心位置と初期重心位置との差分から重心移動量を算出する。重心移動量は、初期重心位置からの移動量の大きさ（絶対値）を示す。なお、移動量の値が負となる場合もある。

トルク関係算出部２０５は、トルクと作業者の筋電位との関係（第１依存性ともいう）を算出する。トルクは、作業者にかかる力の大きさであり、本実施形態では、筋肉が張力を発揮する関節中心回りに働く動力である。
重心移動量関係算出部２０６は、作業者の重心移動量と筋電位との関係（第２依存性ともいう）を算出する。
関係生成部２０７は、トルク関係算出部２０５から第１依存性を、重心移動量関係算出部２０６から第２依存性をそれぞれ受け取り、第１依存性および第２依存性に基づいてトルクと重心移動量との関係を示す関係情報を生成する。
関係データベース２０８は、関係生成部２０７から関係情報を受け取って格納する。

負担算出部２０９は、移動量算出部２０４から重心移動量を、関係データベースから関係情報をそれぞれ受け取り、関係情報に基づいて、重心移動量に応じたトルクを算出する。
負担解析部２１０は、負担算出部２０９からトルクを受け取り、トルクの積算値が閾値を超えるかどうか、および、トルクの大きさが閾値を超えるかどうかの少なくともどちらか一方を判定する。トルクの積算値またはトルクの大きさが閾値を超えた場合は、警告を含む情報、例えばアラーム信号を生成する。なお、負担算出部２０９が算出するトルクの値が負となる場合には、トルクの絶対値の大きさを用いればよい。
提示部２１１は、負担解析部２１０からアラーム信号を受け取り、警告を表示したり、現在までのトルクの積算値などを表示するなど、作業者および作業者の監督人である作業監督人に提示する。

次に、作業者重量計の配置の一例について図３を参照して説明する。
図３は、作業台１１７と作業者重量計１１８との位置関係を示す。図３に示すように、作業台１１７が支柱３０１を介して、４箇所に設置された作業者重量計１１８−１から１１８−４までで支持される。なお、作業者重量計１１８のそれぞれを作業台１１７に埋設するようにしてもよい。
重心位置算出部２０２は、座標が既知である作業者重量計１１８−１から１１８−４までの４箇所の重量の比率から、作業者の重心位置を算出する。具体的には、図３のＭａ、Ｍｂ、ＭｃおよびＭｄは、作業者重量計１１８−１から１１８−４のそれぞれにかかる荷重値を示す。また、ＬａおよびＬｂは、ｘ軸方向およびｙ軸方向における作業台の中心から各作業者重量計までの距離を示す。作業台の中心を原点としたとき、ｘ軸における重心位置Ｘｇおよびｙ軸における重心位置Ｙｇは、（１）式および（２）式で表せる。

このとき、初期重心位置算出部２０３は、作業者がスキャン作業をする前の初期姿勢（例えば、直立姿勢）の状態を維持している間に測定された重心位置の平均値を、初期重心位置として算出する。

次に、トルク関係算出部２０５におけるトルクと筋電位との関係算出処理について図４から図６までを参照して説明する。トルク関係算出部２０５は、作業者ごとに、トルクに対する筋電位から近似式を算出し、近似式の係数および切片の値を算出する。近似式は、例えば最小二乗法により算出すればよい。また、近似式の係数は傾きを表す。近似式の切片には、計測上のノイズが含まれる。
スキャン作業において作業者が商品を取得するとき、または商品を置くときには、身体を前方および側方へ傾けることが想定される。この場合に働く筋肉として、主に脊柱起立筋、ヒラメ筋および外腹斜筋がある。脊柱起立筋およびヒラメ筋は、身体の前傾姿勢を支える筋肉であり、外腹斜筋は、身体を側方に傾けたときの姿勢を支える筋肉である。これらの筋肉に対して身体的負担として一定量のトルクを負荷し、その際の筋電位出力を測定することで、トルクとそれぞれの筋肉との関係を抽出する。

図４は、作業者が胸腰部を前屈した場合における脊柱起立筋にかかるトルクと筋電位との関係を示す。縦軸がトルクを示し、横軸が筋電位を示す。また、各プロットに基づく近似式４０１も示す。トルクが大きいほど、筋電位も大きくなることがわかる。

図５は、作業者が胸腰部を側屈した場合における外腹斜筋にかかるトルクと筋電位との関係を示し、各プロットに基づく近似式５０１が示される。同様に、トルクが大きいほど筋電位も大きくなることがわかる。

図６は、作業者が足関節を中心に前傾した場合におけるヒラメ筋にかかるトルクと筋電位との関係を示し、各プロットに基づく近似式６０１が示される。同様に、トルクが大きいほど筋電位も大きくなることがわかる。

なお、図４から図６までに示すように、トルクと筋電位との間には、値のばらつきがあるので、トルク関係算出部２０５は、このような値のばらつきを考慮してもよい。
図７は、図４に示す脊柱起立筋にかかるトルクに対する筋電位についてのプロットの、近似式からの距離を示す。横軸は近似式からの距離を示し、縦軸は頻度を示す。トルク関係算出部２０５は、上述の近似式からの距離が所定値以内を範囲として、係数や切片の値を算出してもよい。また、分散値などばらつきを表現する値を近似式とともに算出してもよい。

次に、重心移動量関係算出部２０６における重心移動量と筋電位との関係算出処理について図８から図１０を参照して説明する。ここでは、作業者３人分のデータを図示する。
筋電位と重心移動量との関係を算出する方法としては、例えば、カウンター上の様々な位置に商品を配置し、商品を把持する姿勢のときの重心移動量と筋電位とを測定すればよい。重心移動量関係算出部２０６は、トルク関係算出部２０５と同様に、作業者ごとに重心移動量に対する筋電位から近似式を算出し、近似式の係数および切片の値を算出する。なお、切片の値には、計測上のノイズおよび作業者の初期姿勢の状態における筋電位が含まれている。

図８は、ｙ軸方向への重心移動量と脊柱起立筋の筋電位との関係を示す。縦軸が筋電位を示し、横軸が重心移動量を示す。また、各作業者のプロットに関する近似式８０１、８０２および８０３も算出する。ｙ方向への重心移動量が大きいほど筋電位も大きくなることがわかる。

図９は、ｘ軸方向への重心移動量と外腹斜筋の筋電位との関係を示す。また、各作業者のプロットに関する近似式９０１、９０２および９０３も算出する。ｘ軸方向への移動量が大きくなる場合でも、筋電位の変化は少ない。

図１０は、ｙ軸方向への重心移動量とヒラメ筋の筋電位との関係を示す。また、各作業者のプロットに関する近似式１００１、１００２および１００３も算出する。ｙ軸方向への移動量が大きくなると、筋電位は微増することがわかる。

次に、関係生成部２０７における関係生成処理について説明する。
重心移動量関係算出部２０６で算出された重心移動量と筋電位との関係と、トルク関係算出部２０５で算出された筋電位とトルクとの関係とを用いて、重心移動量とトルクとの関係に換算する。具体的な換算方法としては、例えば、筋電位とトルクとの関係を表す近似式を用いて、重心移動量と筋電位との関係を表す近似式の筋電位の変数を打ち消せばよい。
具体的な重心移動量とトルクとの関係を図１１から図１３までに示す。図１１は、ｙ軸方向への重心移動量と脊柱起立筋にかかるトルクとの関係を示す。図１２は、ｘ軸方向への重心移動量と外腹斜筋にかかるトルクとの関係を示す。図１３は、ｙ軸方向への重心移動量とヒラメ筋にかかるトルクとの関係を示す。各図において、横軸は重心移動量を示し、縦軸はトルクを示す。

重心移動の方向は、各筋肉の感度が高い方向を選択されているので、脊柱起立筋はｙ軸方向、外腹斜筋はｘ軸方向、ヒラメ筋はｙ軸方向である。
図１１から図１３までの関係からそれぞれの近似式を（３）式、（４）式および（５）式のように算出することができる。

ここで、Ｔａ，ＴｂおよびＴｃは、それぞれ脊柱起立筋、外腹斜筋およびヒラメ筋のトルクを示し、ｘ_ｓおよびｙ_ｓは、それぞれｘ方向およびｙ方向の重心移動量を示す。

次に、関係データベース２０８に格納される関係情報の一例を図１４に示す。
関係データベース２０８は、作業者ごとに、筋肉１４０１、重心移動量１４０２、および作業者ごとのトルク１４０３が関連づけられて関係情報として格納される。
具体的には、例えば筋肉１４０１「脊柱起立筋」、重心移動量１４０２「ｙ方向に１ｃｍ」、作業者Ａのトルク１４０３「０．６３」が関連づけられる。この関係から、「作業者Ａは、ｙ方向に１ｃｍ重心移動すると、脊柱起立筋に０．６３［ｋｇｆ・ｍ］のトルクがかかる」ということがわかる。

次に、本実施形態に係る負担推定装置の動作について図１５のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１５０１では、トルク関係算出部２０５が、作業者にかかるトルクと筋電位との関係を算出する。
ステップＳ１５０２では、重心移動量関係算出部２０６が、作業者の重心移動量と筋電位との関係を算出する。
ステップＳ１５０３では、関係生成部２０７が、トルクと筋電位との関係および重心移動量と筋電位との関係に基づいて関係情報を生成し、関係データベース２０８に格納する。

ステップＳ１５０４では、初期重心位置算出部２０３が、作業者の初期重心位置を算出する。
ステップＳ１５０５では、移動量算出部２０４が、重心移動量を算出する。重心移動量は、一定の時間間隔で測定されてもよいし、商品を把持するなどイベントごとに測定されればよい。なお、重心移動量の測定間隔は短いほうが望ましく、例えば１００ｍｓ程度であればよい。
ステップＳ１５０６では、負担算出部２０９が、関係情報に基づいて、作業者のスキャン時の重心移動量に応じたトルクを算出する。トルクは、重心移動量が算出されるタイミングで算出されてもよいし、一定の時間間隔で算出されてもよい。また、トルクの算出は、ノイズを除去した上で、作業者の初期姿勢の状態におけるトルクを基準（すなわち０）として、トルクを算出すればよい。すなわち近似式の切片を０に補正すればよい。また、切片からノイズのみを除去すればよい。

ステップＳ１５０７では、負担解析部２１０が、トルクに基づいて身体的負担が閾値を超えたかどうかを判定する。身体的負担が閾値を超えたかどうかは、例えば、商品を把持するごとに算出されるトルクを積算して、トルクの積算値が閾値よりも大きくなる場合に身体的負担が蓄積されたと判定すればよい。身体的負担が閾値を超えた場合はステップＳ１５０８に進み、身体的負担が閾値以下である場合は、ステップＳ１５０５に戻り同様の処理を繰り返す。
ステップＳ１５０８では、提示部２１１が、アラームを作業者または作業監督者などに提示する。例えば、身体的負担が蓄積されたと判定された場合は、一定以上の負担が蓄積されたことを作業者または作業監督者に通知し、休憩を促すなどの処置を行うことができる。以上で本実施形態に係るチェックアウト装置の動作を終了する。

なお、負担解析部２１０および提示部２１１は、他の判定基準で身体的負担の状況を通知してもよい。例えば、商品の把持などイベントごとに算出されるトルクを積算し、トルクの積算値をその都度提示してもよい。また、イベントごとに算出されるトルクの大きさが、通常の作業で想定される規定値以内であるかどうかを判定し、規定値を超えた場合にアラームなどを提示してもよい。また、イベントごとに算出されるトルクの大きさが、通常の作業で想定される既定値を超えた回数をカウントし、超えた回数を示すカウント値を提示してもよい。
提示部２１１における積算値やカウント値などこれらの情報の提示は、例えば数値や色で表示してもよいし、音声により出力してもよい。なお、身体的負担の判定および積算値またはカウント値の提示は、一定の時間間隔で行なってもよい。

これにより、作業者は自信の身体的負担の状況を認識することができ、無理な体勢を取らないように意識することができる。さらに、作業監督者は、休憩および交代のタイミングを決める指標としてこれらの値を用いることができる。また、トルクの規定値を超えたかどうかを判定することで、作業者が無理な体勢を取っており、効率のよいスキャン状態ではないことを把握することができるので、作業初心者のためのトレーニングとしても利用してもよい。

次に、関係情報から抽出される値について図１６を参照して説明する。
図１６は、作業者の身長と単位重心移動量当たりの筋肉にかかるトルクの変化量との関係を示す図である。移動量の方向は、脊柱起立筋はｙ軸方向、外腹斜筋はｘ軸方向、ヒラメ筋はｙ軸方向である。図１６に示すように、身長が高いほど、トルクが小さくなることがわかる。また、脊柱起立筋および外腹斜筋のそれぞれに加わるトルクについても、身体を傾ける方向によって異なることがわかる。

次に、各筋肉に加わるトルクの比について図１７を参照して説明する。
図１７は、作業者ごとの、単位重心移動量当たりの脊柱起立筋にかかるトルクの変化量を単位重心移動量当たりの外腹斜筋にかかるトルクの変化量で割った値１７０１（第１係数ともいう）と、脊柱起立筋にかかるトルクをヒラメ筋にかかるトルクで割った値１７０２（第２係数ともいう）を示す。図１７のように、値１７０１は、略１０倍から略３０倍までの値を示し、ｘ軸方向への移動よりもｙ軸方向への移動のほうが単位重心移動量当たりのトルクの変化量が大きくなることがわかる。さらに、値１７０２は、約０．６倍から約０．９倍であり、作業者の前傾を支える脊柱起立筋とヒラメ筋とでは、ヒラメ筋のほうが加わるトルクが大きいことがわかる。

次に、値１７０１および値１７０２と作業者の身長との関係について図１８を参照して説明する。
横軸に作業者の身長を示し、縦軸に値１７０１および値１７０２に対応する倍率を示す。グラフ１８０１およびグラフ１８０２に示すように、身長が高くなるほどトルクの倍率も小さくなることがわかる。

なお、関係データベース２０８に格納される関係情報は、事前に生成しておいてもよい。この場合は、トルク関係算出部２０５、重心移動量関係算出部２０６および関係生成部２０７を設けなくてもよい。

以上に示したように、第１の実施形態に係る負担推定装置によれば、関係情報に基づいて、作業者の重心移動量を測定するだけで、作業者にかかるトルクを算出することができる。さらに、算出されたトルクの積算値などを算出することで身体的負担を推定し、作業者にかかる疲労などを推定することができ、作業者に休憩を促すなど適切な処置を行うことを支援することができる。また、一部分の筋肉のみならず全身の筋肉を対象とすれば、作業者の身体の全体的な負担評価が行える。さらに、身長や身体部位（腰部や足部など）、動作方向によるトルク比の違いがわかることで、作業者の身体情報から関係情報を推定したり、負荷判定の際に重み付けを行うなどして、身長や身体部位、動作方向の違いを考慮した疲労を推定できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、作業者の重心移動を測定するための重量計を設置することに加え、かごが積載されるカウンターに重量計を設置する点が異なる。作業者がかごから商品を把持する際の重量も測定することで、作業者の重心移動量をより精度よく測定することができる。

第２の実施形態に係る負担推定装置について図１９のブロック図を参照して説明する。
第２の実施形態に係る負担推定装置１９００は、カウンター重量計１９０１、商品重量算出部１９０２、商品位置算出部１９０３、重心位置算出部１９０４、作業者重量計２０１、初期重心位置算出部２０３、移動量算出部２０４、トルク関係算出部２０５、重心移動量関係算出部２０６、関係生成部２０７、関係データベース２０８、負担算出部２０９、負担解析部２１０および提示部２１１を含む。

作業者重量計２０１、初期重心位置算出部２０３、移動量算出部２０４、トルク関係算出部２０５、重心移動量関係算出部２０６、関係生成部２０７、関係データベース２０８、負担算出部２０９、負担解析部２１０および提示部２１１については、同様の処理を行なうのでここでの説明は省略する。

カウンター重量計１９０１は、図１に示すようなカウンターの下に設置されるカウンター重量計１１６であって、カウンターに置かれた重量、例えばかごおよびかご内の商品の重量を測定して重量を得る。
商品重量算出部１９０２は、カウンター重量計１９０１から測定された重量を受け取り、作業者により把持された商品重量を算出する。
商品位置算出部１９０３は、商品重量算出部１９０２から商品重量を受け取り、商品重量から商品位置を算出する。商品位置の算出方法は、作業者重量から重心位置を算出する方法と同様に求めることができる。
重心位置算出部１９０４は、作業者重量計から作業者重量を、商品重量算出部１９０２から商品重量を、商品位置算出部１９０３から商品位置をそれぞれ受け取る。重心位置算出部１９０４は、作業者重量、商品重量および商品位置を用いて重心位置を算出する。

次に、カウンター重量計の配置について図２０を参照して説明する。
図３に示す作業者重量計と同様に、カウンター１１５が支柱２００１を介して、４箇所に設置されたカウンター重量計１１６−１から１１６−４までで支持される。なお、これに限らず、カウンター重量計１１６−１から１１６−４までがカウンター１１５に埋設されていてもよい。また、カウンター重量計１１６の個数も４個に限らず、いくつでもよい。

次に、商品重量算出部１９０２の商品重量算出処理について図２１および図２２を参照して説明する。図２１は、カウンター上にある商品を取り上げるときの重量の変化を時系列で示したグラフである。
図２１中Ａ点は、商品を取り上げ始めた時点を示し、Ｂ点は商品の取り上げが完了した時点を示す。取り上げ始める前と取り上げが完了した後とでは、重量が一定値を示す。取り上げ始める前の重量の平均値と、取り上げが完了した後の重量の平均値との差分Ｗｓが、取り上げられた商品の商品重量を示す。本実施形態のように、カウンター重量計が複数存在する場合は、各カウンター重量計で算出したＷｓの合計値が商品重量となる。

同様に、図２２は、カウンター上に商品を置くときの重量の変化を時系列で示したグラフである。図２２中Ａ点は、商品を置き始める時点を示し、Ｂ点は、商品が完全に置かれた時点を示す。商品の置き始める前の重量の平均値と、商品を置き始めた後の平均値との差分Ｗｓが、置かれた商品の商品重量を示す。

次に、商品位置算出部１９０３における商品位置算出処理について説明する。
図１９に示すように、カウンターの中心を原点としたとき、ｘ軸およびｙ軸それぞれにおける商品位置Ｘｃ，Ｙｃは、以下の（６）式および（７）式より算出することができる。

ここで、Ｗａ、Ｗｂ、ＷｃおよびＷｄは、カウンター重量計１１６−１、１１６−２、１１６−３および１１６−４のそれぞれで測定されたＷｓに対応する重量である。ＬｃおよびＬｄは、それぞれｙ軸方向およびｘ軸方向におけるカウンターの中心と重量計との距離を示す。

次に、重心位置算出部１９０４における重心位置算出処理について説明する。
（６）式および（７）式により算出したｘ軸およびｙ軸の商品位置を考慮した、作業者のｘ軸およびｙ軸のそれぞれにおける重心位置であるＸｇ’およびＹｇ’は、（８）式および（９）式より算出することができる。

なお、（８）式および（９）式におけるＸｃ、Ｙｃとしては以下の（１０）式および（１１）式を用いる。Δｘ、Δｙは、作業台の中心とカウンターの中心との差である（作業台の中心−カウンターの中心）。すなわち次式はＸｃ、Ｙｃの原点を作業台の中心に変換するための式である。

以上に示した第２の実施形態よれば、商品位置を考慮することで作業者がカウンター上にある商品に手が触れていることによる重心位置への影響を排除することができ、より制度よく重心位置を算出することができる。

なお、上述の実施形態では、作業者が予めトルクと重心移動量との関係を得るための測定を行なってからスキャン作業をすることを想定しているが、関係データベースから、類似する体型を有する作業者の関係情報をモデルとして利用し、身体的負担を推定してもよい。例えば、モデルとして利用する関係情報の比較項目としては、例えば、年齢、性別、身長、体重、身体の関節と関節との間の長さ（腕や足など）が挙げられる。このようにモデルとなる関係情報を用いることにより、作業者が予めトルクと重心移動量との関係を得る予備作業を行う必要が無くなるので、より容易に身体的負担を推定することができる。

また、上述の実施形態では、レジでのチェックアウト装置に用いる負担推定装置について説明したが、これに限らず、工場のラインでの検品といった作業での身体的負担評価や、配達物の梱包および包装作業での身体的負担評価にも本実施形態に係る負担推定装置および方法を適用してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００・・・チェックアウト装置、１０１・・・レジ端末、１０２・・・客面表示器、１０３・・・タッチパネル、１０４・・・キーボード、１０５・・・レシートプリンタ、１０６・・・ドロワ、１０７・・・レジ台、１０８・・・チェックアウトスキャナ、１０９・・・客面表示器、１１０・・・タッチパネル、１１１・・・キーボード、１１２・・・コードスキャナ、１１３ａ，１１３ｂ・・・センサテーブル、１１３ａ センサテーブル、１１４・・・ガード、１１５・・・カウンター、１１６，１９０１・・・カウンター重量計、１１７・・・作業台、１１８・・・作業者重量計、２００，１９００・・・負担推定装置、２０１・・・作業者重量計、２０２，１９０４・・・重心位置算出部、２０３・・・初期重心位置算出部、２０４・・・移動量算出部、２０５・・・トルク関係算出部、２０６・・・重心移動量関係算出部、２０７・・・関係生成部、２０８・・・関係データベース、２０９・・・負担算出部、２１０・・・負担解析部、２１１・・・提示部、２５０・・・ＣＰＵ、２５１・・・メモリ、３０１，２００１・・・支柱、４０１，５０１，６０１，８０１，９０１，１００１・・・近似式、１４０１・・・筋肉、１４０２・・・重心移動量、１４０３・・・トルク、１７０１，１７０２・・・値、１８０１，１８０２・・・グラフ、１９０２・・・商品重量算出部，１９０３・・・商品位置算出部。

Claims (8)

1. 作業者の作業領域における該作業者の重量を含む第１重量に基づいて、前記作業者の重心位置を算出する重心位置算出部と、
   前記作業者が作業を行なう前の状態における第１重心位置と該作業者が作業を行なっている状態における第２重心位置との差分である第１重心移動量を算出する移動量算出部と、
   前記作業者の重心移動量と該作業者にかかる力の大きさを示すトルクとの関係を示す関係情報を用いて、前記第１重心移動量に応じた第１トルクを算出する負担算出部と、を具備することを特徴とする負担推定装置。
2. 前記第１重心移動量および前記第１トルクは時系列で算出されるデータであり、
   前記第１トルクの積算値が第１閾値を超えるかどうか、および該第１トルクの大きさが第２閾値を超えるかどうかの少なくともどちらか一方を判定する負担解析部と、
   前記積算値が前記第１閾値を超えた場合または前記第１トルクの大きさが前記第２閾値を超えた場合に、警告を含む情報を提示する提示部と、をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の負担推定装置。
3. 作業者ごとの前記関係情報を格納する格納部をさらに具備し、該関係情報は、作業に従って作業対象物を移動させる方向である第１軸と、水平面上で該第１軸に直交する第２軸において、該第１軸方向への重心移動量をトルクに変換する第１係数と、該第２軸方向への重心移動量をトルクに変換する第２係数とに関する情報を含み、該第２係数は該第１係数よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の負担推定装置。
4. 前記第２係数の値は、前記第１係数の値の略１０倍から略３０倍までの間の値であることを特徴とする請求項３に記載の負担推定装置。
5. 作業対象物を置くためのカウンターに設置され、積載された該作業対象物の重量を含む第２重量を測定する複数の第２重量計と、
   前記第２重量に基づいて、商品重量を算出する重量算出部と、
   前記商品重量から商品位置を算出する位置算出部と、をさらに具備し、
   前記重心位置算出部は、前記第２重量と前記商品位置とに基づいて前記作業者の重心位置を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の負担推定装置。
6. 前記作業者に負荷されるトルクと該トルクに応じた筋電位との第１依存性を算出する第１関係算出部と、
   前記作業者の重心移動量と該重心移動量に応じた筋電位との第２依存性を算出する第２関係算出部と、
   前記第１依存性および前記第２依存性に基づいて、前記関係を生成する関係生成部と、をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の負担推定装置。
7. 作業者の作業領域における該作業者の重量を含む第１重量に基づいて、前記作業者の重心位置を算出し、
   前記作業者が作業を行なう前の状態における第１重心位置と該作業者が作業を行なっている状態における第２重心位置との差分である第１重心移動量を算出し、
   前記作業者の重心移動量と該作業者にかかる力の大きさを示すトルクとの関係を示す関係情報を用いて、前記第１重心移動量に応じた第１トルクを算出することを具備することを特徴とする負担推定方法。
8. 作業対象物を置くカウンターと、
   作業者の作業領域における該作業者の重量を含む第１重量を測定する複数の第１重量計と、
   前記第１重量に基づいて、前記作業者の重心位置を算出する重心位置算出部と、
   前記作業者が作業を行なう前の状態における第１重心位置と該作業者が前記作業対象物に対して作業を行なっている状態における第２重心位置との差分である第１重心移動量を算出する移動量算出部と、
   前記作業者の重心移動量と該作業者にかかる力の大きさを示すトルクとの関係を示す関係情報を用いて、前記第１重心移動量に応じた第１トルクを算出する負担算出部と、を具備することを特徴とするチェックアウト装置。

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