JP6145866B2 - 作業支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、腕を上げて作業をする際に、作業者の腕を支持する作業支援装置に関するものである。

従来から、作業者が作業を行う際に腕を補助する種々の補助器具が提案されている（例えば特許文献１−３参照）。特許文献１には、作業者の肩から腰に向かって延びる支柱の下側にダンパーを取り付けるとともに、ダンパーの先端に腕受部を設けた撮影補助装置が開示されている。また、支柱とダンパーとの角度を一定に固定するヒンジ部を有することが開示されている。特許文献２には、腕を上げた状態で支持する腕受部が弾性部材に取り付けられており、腕を下側から弾性力により支持する作業補助具が開示されている。特許文献３には、人体の骨位置に対応した骨部材同士を人体の関節位置に対応した位置においてラチェット機構を用いて連結された補助装置が開示されている。

特開２０１１−１０７２８０号公報 特開２００９−１０６２７０号公報 特開２０１１−９２５０７号公報

ここで、作業者が作業をしている際、腕の高さを一定のまま維持して作業し続けるのではなく、必要に応じて腕を上下左右に移動させて作業を行う。したがって、補助する必要が生じたときに、補助器具による補助が得られることが望ましい。しかし、上述した特許文献１−３において、腕を常時支持している状態になっているため、腕の自由度が低くなってしまい、却って作業の妨げになる場合があるという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、腕の動きの自由度を高くしながら、腕を下側から支持することができる作業支援装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る作業支援装置は、作業者の胴体に装着される胴部固定ベルトと、胴部固定ベルトに取り付けられる支柱と、弾性を有する弾性支持アームと、弾性支持アームの先端に配置され、作業者の腕の一部を下側から支持する腕受部と、支柱の上部に位置し、弾性支持アームが取り付けられ、弾性支持アームを支柱に対し上下方向に回転させるとともに任意の位置において位置決めするアーム保持部と、支柱の外周に沿って水平方向にアーム保持部を回転させるアーム移動手段と、を備え、アーム保持部は、作業者の腕の付け根より下方に位置するものである。

本発明の作業支援装置によれば、アーム保持部が作業中の作業者の腕の自由度が高い状態で保持することができるため、作業効率の向上を図ることができる。

本発明の作業支援装置の好ましい実施形態を示す斜視図である。 図１の作業支援装置の一例を示す正面図である。 図１の作業支援装置の一例を示す側面図である。 図１の作業支援装置の一例を示す上面図である。 図１の作業支援装置の装着例を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら本発明の作業支援装置の実施形態について説明する。図１は本発明の作業支援装置の好ましい実施形態を示す斜視図、図２は図１の作業支援装置の一例を示す正面図、図３は図１の作業支援装置の一例を示す側面図、図４は図１の作業支援装置の一例を示す上面図であり、図１から図４を参照して作業支援装置１について説明する。作業支援装置１は、作業者の胴体に装着され、腕を上げて作業する際に作業者の腕を下側から補助するものであって、支柱１０、弾性支持アーム２０、腕受部３０、アーム保持部４０、アーム移動手段５０を備えている。

支柱１０は、作業者の胴体に装着された胴部固定ベルトＢＴ１に取り付けられるものであって、例えばステンレス等の金属製のパイプからなっている。そして、支柱１０は作業者の胴体の脇に鉛直方向（矢印Ｚ方向）に沿って着脱可能に取り付けられる。支柱１０の下端１０ａ側にはプランジャが設けられており、作業者が装着する胴部固定ベルトＢＴ１側には固定治具ＦＥが取り付けられている。そして、支柱１０の下端１０ａ側が固定治具ＦＥに装着されることにより、支柱１０が胴部固定ベルトＢＴ１に対し着脱可能に取り付けられる。これにより、支柱１０を胴部固定ベルトＢＴ１から簡単に着脱することができるとともに、固定後に支柱１０が胴部固定ベルトＢＴ１から不用意に外れるのを防止することができる。

さらに、支柱１０は、胴部固定ベルトＢＴ１の上部において、作業者に装着される胸部固定ベルトＢＴ２に固定されている。胸部固定ベルトＢＴ２は、帯状に形成されており、前面側において面ファスナーにより作業者の身体に合わせて締まり具合を調節できるようになっている。また、支柱１０は、例えば外筒と内筒とが締結部材１１において連結した構造を有しており、作業者に合わせて伸縮自在になっている（図２参照）。なお、支柱１０は、胴部固定ベルトＢＴ１に対し着脱可能に取り付けられる場合について例示しているが、支柱１０が胴部固定ベルトＢＴ１及び胸部固定ベルトＢＴ２に予め固定されており、作業者は胴部固定ベルトＢＴ１及び胸部固定ベルトＢＴ２を着用することにより、支柱１０が両脇に装着されるようにしてもよい。

弾性支持アーム２０は、支柱１０の上部１０ｂ側に取り付けられた棒状の部材であって、弾性を有するものである。弾性支持アーム２０は、例えばポリオキシメチレン（ＰＯＭ）あるいはアセタールコポリマー（ジュラコン（登録商標））等の熱可塑性樹脂、アルミニウム合金もしくはカーボン（ＣＦＲＰ）等の弾性力を有する材料からなっている。特に、弾性支持アーム２０は、先端２０ａに取り付けられた腕受部３０に約５ｋｇｆの荷重が加わったときに２０〜５０ｍｍ程度撓む曲げ剛性を有している。なお、弾性支持アーム２０は、過大な荷重が加わらない限り塑性変形が発生しないようになっている。より具体的には、弾性支持アーム２０のヤング率をＥ、弾性支持アーム２０の長さをｌ、断面２次モーメントをＩ（＝π×ｄ^４／６４）、腕受部３０の荷重をＰとした場合、たわみ量ｙは下記式（１）のようになる。
ｙ＝（荷重Ｐ×ｌ^３）／（３×Ｉ・Ｅ） ・・・（１）

ここで、ヤング率Ｅ＝２８００ＭＰａの材料（例えばアセタールコポリマー（ジュラコン（登録商標）））、長さｌ＝２００〜２５０ｍｍ、断面略円形状（直径ｄ＝１５ｍｍ）の棒状の部材で成形されている場合であって腕受部３０に荷重Ｐ＝６０Ｎ（６．１ｋｇｆ）を掛けた場合、式（１）により、たわみ量ｙ＝２３〜４５ｍｍとなる。なお、約５ｋｇｆの荷重が加わった際に２０〜５０ｍｍ程度撓むものであれば上記材料等に限定されず、異なる材料を用いてもよいし直径等のサイズを変更してもよい。

腕受部３０は、作業者の腕の一部（肘）を下側から支持するものであって、弾性支持アーム２０の先端２０ａに取り付けられている。なお、腕受部３０は、弾性支持アーム２０に沿って移動させることにより、作業者の身体に合わせて取付位置を変更することができる。腕受部３０は、腕の一部（肘）を収容するための凹部３１を有しており、例えば断面略Ｕ字形状を有している。そして、腕受部３０上から鉛直下向き（矢印Ｚ１方向）の力が加わったとき、弾性支持アーム２０が下側（矢印Ｚ１方向）に撓みながら作業者の腕を支持する。これにより、作業者の腕に掛かる負担を軽減し、作業効率の向上を図ることができる。

アーム保持部４０は、弾性支持アーム２０及び腕受部３０を支柱１０に対し上下方向（矢印Ｚ方向）に回転移動させるとともに、任意の位置において位置決めするように保持するものである。具体的には、アーム保持部４０は、例えばラチェットもしくはワンウェイクラッチ機構等からなっており、回転機構が支柱１０の上部１０ｂ側に固定されており、保持機構において弾性支持アーム２０の他端２０ｂ側を着脱可能に保持している。特に、アーム保持部４０は、プランジャ機構を用いて弾性支持アーム２０を着脱可能に保持している。これにより、作業者が装着して使用するために小型軽量化を図りながら、溶接作業等の過酷な作業環境下においても壊れにくく、さらに作業中に弾性支持アーム２０がアーム保持部４０から外れるのを防止することができる。

さらに、アーム保持部４０は、弾性支持アーム２０を上下方向の回転のうち一方向（例えば矢印Ｒ１方向）への回転のみを許容し、下方向への回転を規制した状態で保持する。これにより、アーム保持部４０は腕受部３０の高さ位置（平衡点）を任意の位置に位置決めする。また、アーム保持部４０は、許容する回転方向と禁止する回転方向とが切替可能な機能を有しており、上方向（矢印Ｒ１方向）への回転を禁止し、下方向への回転を許容するように設定を切り替えることができる。

アーム移動手段５０は、支柱１０を回転軸としてアーム保持部４０を水平方向（矢印Ｒ１０方向）に回転させるものであって、たとえば支柱１０の上部１０ｂに取り付けられたベアリング等からなっている。アーム移動手段５０は、作業者の身体前方より外側の位置Ｐ１（例えば矢印Ｙ方向に対し外側に７０°）からの内側の位置Ｐ３（例えば矢印Ｙ方向に対し内側に２０°）まで所定の角度α（例えば９０°）だけ弾性支持アーム２０を回転移動させる（図４参照）。

特に、アーム移動手段５０は、トーションバネ等により外側に向かって付勢力が働いており、外力が加わっていない初期状態においては作業者前方（ＹＺ平面）に対し所定の角度だけ外側に向いた状態で保持する（例えば図４の位置Ｐ１）。したがって、作業者の装着時において、弾性支持アーム２０及び腕受部３０は、初期装着時において作業者の前方から外側に位置している状態になっている。そして、腕受部３０による支持が必要な場合、作業者は腕受部３０の側面に腕を引っ掛け、身体の中心側（内側）に引き寄せることにより、腕受部３０に支持された状態で作業を行う。一方、腕受部３０による支持が不要な場合もしくは腕を下げる作業が生じた場合、腕を上げて腕受部３０の凹部３１から腕を外すことにより、弾性支持アーム２０及び腕受部３０はバネの付勢力によって作業者の前の領域から外側に向かって移動することになる。

図５は図１の作業支援装置１の装着例を示す模式図であり、図１から図５を参照して作業支援装置１の動作例について説明する。まず、胴部固定ベルトＢＴ１の固定治具ＦＥに支柱１０が差し込まれて固定される。この際、支柱１０の長さ及び胸部固定ベルトＢＴ２の締め具合が作業者の身体に合わせて調整される。次に、弾性支持アーム２０の他端２０ｂ側がアーム保持部４０に装着される。なお、弾性支持アーム２０は、両腕に装着するようにしても良いし片腕側のみに装着するようにしても良い。

次に、腕受部３０の高さ位置（平衡点）の位置決めが行われる。まず、アーム保持部４０が、上方向（矢印Ｒ１方向）の回転を許容し、下方向の回転を禁止するように設定される。その後、腕受部３０が上向き作業の姿勢に適した角度及び高さ位置になるように、弾性支持アーム２０及び腕受部３０が上側に回転移動される。このとき、作業に最適な腕の高さに対し３０〜５０ｍｍ程度高くなるように、腕受部３０の高さ位置を設定することが好ましい。そして、荷物を持つ等の荷重が掛かった際に３０〜５０ｍｍ程度下側（矢印Ｚ１方向）に撓むようにする。これにより、最適な支援効果が得られ、追従性を確保することができる。

そして、作業者が腕を上げながら荷物を移動させる等の作業を行う際、腕受部３０から鉛直上向きの支持を受けながら作業を行う。腕に掛かった荷重は、腕受部３０、弾性支持アーム２０を介して支柱１０に伝達される。つまり、腕に掛かった荷重は胴部固定ベルトＢＴ１及び胸部固定ベルトＢＴ２で分散され局所的な負担を軽減することができる。また、弾性支持アーム２０及び腕受部３０は、アーム移動手段５０により左右方向（矢印Ｘ方向）に対しても移動可能であるため、作業者の腕が左右に移動した場合であっても、腕受部３０が凹部３１内の腕に追従して腕を支持し続けるため、作業時の腕の自由度を高めながら確実に腕をサポートすることができる。さらに、腕受部３０は上部が開放された形状を有しているため、作業者は肘の伸展、屈曲の動作を自由に行うことができる。

一方、作業支援装置１による補助が一時的に不要になった場合、もしくは一時的に腕を下側に下ろす作業を行う必要が生じた場合、作業者は腕を上げて腕受部３０の凹部３１から腕を外す。すると、腕受部３０はアーム移動手段５０により、身体の外側方向の位置Ｐ１へ向かって回転移動する。なお、この状態から作業者が再び作業支援装置１による補助を望む場合、腕受部３０の凹部３１内に腕を収容すれば即座に作業支援装置１による補助を得ることができる。

また、作業支援装置１による補助が不要になった場合、作業者は腕受部３０から腕を外し、アーム保持部４０の設定を下側への回転を許容するように設定する。このように、作業支援装置１を着脱することなく、簡単な操作で腕受部３０の固定状態を解除することができるため、作業効率の向上を図ることができる。そして、作業終了時に作業支援装置１を身体から取り外す場合、胸部固定ベルトＢＴ２が外された後、弾性支持アーム２０がアーム保持部４０から取り外し、最後に支柱１０が胴部固定ベルトＢＴ１から取り外される。

上記実施形態によれば、上向き作業時において、作業者への負荷を効果的に軽減することができ、作業を長時間行う際の疲労を抑制し、作業効率を向上させることができる。また、従来の作業支援装置１に比べて小型化、軽量化を図ることができるとともに、安価で扱いやすい作業支援装置１を提供することができる。また、腕受部３０の高さ位置（平衡点）を自在に調整して位置決めすることができるため、作業者の体型に合わせて補助が効果的な高さ位置（平衡点）に腕受部３０を位置決めすることができる。このため、作業者の腕に対する腕受部３０の相対位置が大きくずれてしまうことを抑制し、腕の補助を効果的に行うことができる。

本発明の実施形態は上記実施形態に限定されない。例えば、図１〜図５において、両脇に１対の作業支援装置１をそれぞれ取り付けた場合について例示しているが、一方の脇のみに作業支援装置１を装着するものであっても良い。さらに、支柱１０は胴部固定ベルトＢＴ１及び胸部固定ベルトＢＴ２に装着される場合について例示しているが、作業者の胴に装着すればよく、作業ジャケット等に装着されるものであってもよい。また、上記実施形態において、腕受部３０は断面略Ｕ字形状を有する場合について例示しているが、凹部３１を有するものであればその形状を問わず、例えば断面略矩形状に形成されたものであってもよい。

さらに、アーム保持部４０がラチェットもしくはワンウェイクラッチ機構からなる場合について例示しているが、弾性支持アーム２０を回転可能に保持し任意の位置で固定できるものであればその構成を問わず、例えばネジ止めにより所定の位置で固定する等の公知の機械要素を用いることができる。

１ 作業支援装置、１０ 支柱、１０ａ 支柱の下端、１０ｂ 支柱の上部、１１ 締結部材、２０ 弾性支持アーム、２０ａ 弾性支持アームの先端、２０ｂ 弾性支持アームの他端、３０ 腕受部、３１ 凹部、４０ アーム保持部、４１ 回転部、４２ アーム接続部、５０ アーム移動手段、ＢＴ１ 胴部固定ベルト、ＢＴ２ 胸部固定ベルト、ＦＥ 固定治具。

Claims (10)

1. 作業者の胴体に装着される胴部固定ベルトと、
   前記胴部固定ベルトに取り付けられる支柱と、
   弾性を有する弾性支持アームと、
   前記弾性支持アームの先端に配置され、作業者の腕の一部を下側から支持する腕受部と、
   前記支柱の上部に位置し、前記弾性支持アームが取り付けられ、前記弾性支持アームを前記支柱に対し上下方向に回転させるとともに任意の位置において位置決めするアーム保持部と、
   前記支柱の外周に沿って水平方向に前記アーム保持部を回転させるアーム移動手段と、
   を備え、
   前記アーム保持部は、
   前記作業者の腕の付け根より下方に位置することを特徴とする作業支援装置。
2. 前記アーム保持部は、上下方向の回転のうち一方向の回転を許容し他方向の回転を禁止するとともに、許容する回転方向と禁止する回転方向とが切替可能な機能を有することを特徴とする請求項１に記載の作業支援装置。
3. 前記アーム保持部は、ラチェットからなることを特徴とする請求項２に記載の作業支援装置。
4. 前記アーム移動手段は、前記支柱が作業者に装着された際に、前記腕受部が作業者の前方よりも外側に位置するように前記アーム保持部を付勢することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業支援装置。
5. 前記支柱の下端側は、作業者の身体に取り付けられる前記胴部固定ベルトに設けられた固定治具に着脱可能に装着されるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の作業支援装置。
6. 前記胴部固定ベルトの上部で前記支柱を支持する胸部固定ベルトをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の作業支援装置。
7. 前記弾性支持アームは、前記アーム保持部に対し着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の作業支援装置。
8. 前記腕受部は、前記腕を収容するための凹部を有するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の作業支援装置。
9. 前記支柱は、
   前記胴部固定ベルトが前記作業者の胴体に装着された際に、前記作業者の前記胴体の側部に位置するように、一対設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の作業支援装置。
10. 前記支柱は、
    伸縮自在に構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の作業支援装置。

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