JP7382684B1 - 玉掛け作業シミュレーションシステム、及び、玉掛け作業シミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熟練作業者によるマスター作業の先行実施を必要とせず、ＨＭＤを装着した体験者が玉掛け作業をリアルに疑似体験することができる玉掛け作業シミュレーションシステムを提供する。【解決手段】玉掛け作業シミュレーションシステム５０のカメラ３０は、現実の吊荷２０の画像を撮影する。仮想吊荷データ作成部４２は、カメラ３０が撮影した現実の吊荷２０の画像データに基づいて、重量及び重心の情報を含む仮想吊荷のデータを作成する。画像表示部４８は、ＨＭＤ４０において、仮想クレーンのフック部に上端が掛けられた仮想ワイヤロープ、及び、仮想ワイヤロープの下端が掛けられた仮想吊荷を現実空間の画像に投影して複合空間の画像を表示する。画像表示部４８は、複合空間において、地面に置かれた仮想吊荷に仮想ワイヤロープが掛けられた吊り準備状態から、仮想吊荷が吊り上げられて地面から離れる地切り状態まで表示可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、玉掛け作業シミュレーションシステム、及び、玉掛け作業シミュレーション方法に関する。

従来、玉掛け作業を支援する技術が知られている。例えば特許文献１に開示された玉掛け支援装置は、複数の重量検出部、演算手段、入力手段、及び、表示手段を備えている。複数の重量検出部は、重量物を支持するように基部の上に分散配置される。演算手段は、（ａ）各重量検出部の座標位置による加重平均から重心位置を演算し、（ｂ）重心位置等から吊上具の長さ、及び、吊上具間の各吊り角度を演算し、（ｃ）さらに各吊上具に加わる張力を演算して、それらを出力するように構成されている。

また近年、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）を装着した仮想体験者に仮想空間で各種操作指示を与える技術が知られている。例えば特許文献２に開示された作業教育支援システムでは、未熟作業者がＨＭＤを装着し、熟練作業者の視線の動き等に倣って作業を体験する。作業の例として「玉掛け作業時における視線の動き」が示されている。

特開平１０－１２０３６０号公報 特開２０２３－５０７９８号公報

重量物の吊荷を扱う玉掛け作業では、吊荷の落下や作業者への接触等の事故を防ぐために、吊荷の重量や重心位置に基づいて適切な吊り位置及びワイヤロープを選定することが重要である。作業経験の浅い作業者にとって、現実空間での訓練だけでなく、仮想空間や複合空間を利用して各種パターンの吊り作業を効率的に疑似体験することは、安全に作業を行うための正しい感覚を習得するのに有効である。

特許文献１の従来技術は、現実空間で重量検出部というハードウェアを用いて、複雑な形状や内部構造を有する重量物の重心位置等を正確に演算するものである。この従来技術では専用の重量検出部が必要であり、重量物に対して重量検出部を正しく設置するために熟練技能を要する。

特許文献１の技術を特許文献２の作業教育支援システムに適用した場合、仮想作業者は、重量物に重量検出部を設置したり、入力手段にパラメータを入力したりする熟練作業者の視線の動きを体験するに過ぎない。つまり、特許文献２の従来技術では、熟練作業者によるマスター作業が先行して行われることが前提となる。したがって、熟練作業者によるマスター作業を先行実施することなく、現実空間に置かれている吊荷に対し、未熟作業者が玉掛け作業をリアルに疑似体験することはできなかった。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、熟練作業者によるマスター作業の先行実施を必要とせず、ＨＭＤを装着した体験者が玉掛け作業をリアルに疑似体験することができる玉掛け作業シミュレーションシステム及び玉掛け作業シミュレーション方法を提供することにある。

本発明の一態様は、ヘッドマウントディスプレイ（４０）を装着した体験者に対し、複合空間の画像を表示することにより、吊荷にワイヤロープを掛ける玉掛け作業のシミュレーションを行うシミュレーションシステムである。このシステムは、カメラ（３０）と、仮想吊荷データ作成部（４２）と、画像表示部（４８）と、を備える。

カメラは、現実の吊荷（２０）の画像を撮影する。仮想吊荷データ作成部は、カメラが撮影した現実の吊荷の画像データに基づいて、重量及び重心の情報を含む仮想吊荷（２０Ｖ）のデータを作成する。

画像表示部は、ヘッドマウントディスプレイにおいて、仮想クレーンのフック部に上端が掛けられた仮想ワイヤロープ（１５Ｖ）、及び、仮想ワイヤロープの下端が掛けられた仮想吊荷を現実空間の画像に投影して複合空間の画像を表示する。

画像表示部は、複合空間において、地面に置かれた仮想吊荷に仮想ワイヤロープが掛けられた吊り準備状態から、仮想吊荷が吊り上げられて地面から離れる地切り状態まで表示可能である。

本発明では、ＨＭＤを装着した体験者は、仮想吊荷が吊り準備状態から地切り状態まで移行するシミュレーション画像を見ることで、玉掛け作業をリアルに疑似体験することができる。地切り状態にて仮想吊荷が振れたり傾いたりせず、水平姿勢を保持したまま安定して吊り上げられていれば、吊り位置や、仮想ワイヤロープの本数、径及び長さの選定が適切であったと判定される。よって、特に作業経験の浅い作業者が安全に作業を行うための正しい感覚を習得するのに役立つ。

本発明のもう一つの態様は、ヘッドマウントディスプレイ（４０）を装着した体験者に対し、複合空間の画像を表示することにより、吊荷にワイヤロープを掛ける玉掛け作業のシミュレーションを行うシミュレーション方法である。この方法は、撮影ステップ（Ｓ１）と、仮想吊荷データ作成ステップ（Ｓ４）と、画像表示ステップ（Ｓ８）と、を含む。

撮影ステップでは、カメラ（３０）が現実の吊荷（２０）の画像を撮影する。仮想吊荷データ作成ステップでは、カメラが撮影した現実の吊荷の画像データに基づいて、仮想吊荷データ作成部（４２）が、重量及び重心の情報を含む仮想吊荷（２０Ｖ）のデータを作成する。

画像表示ステップでは、ヘッドマウントディスプレイの画像表示部（４８）により、仮想クレーンのフック部に上端が掛けられた仮想ワイヤロープ（１５Ｖ）、及び、仮想ワイヤロープの下端が掛けられた仮想吊荷を現実空間の画像に投影して複合空間の画像を表示する。

画像表示ステップにおいて画像表示部は、地面に置かれた仮想吊荷に仮想ワイヤロープが掛けられた吊り準備状態から、仮想吊荷が吊り上げられて地面から離れる地切り状態まで表示可能である。この玉掛け作業シミュレーション方法では、上記の玉掛け作業シミュレーションシステムと同様の効果が得られる。

一実施形態による玉掛け作業シミュレーションシステムのブロック図。 ＨＭＤを装着した体験者の動作を示す図。 実施例Ａにおける（ａ）現実空間の吊荷、（ｂ）複合空間で表示される吊り準備状態の図。 実施例Ｂにおける（ａ）現実空間の吊荷、（ｂ）複合空間で表示される吊り準備状態の図。 玉掛け作業シミュレーション方法のメインフローチャート。 実施例Ａに対応するＳ７Ａのサブフローチャート。 実施例Ｂに対応するＳ７Ｂのサブフローチャート。 実施例Ａの吊荷の形状、サイズ及び重心位置を示す図。 実施例Ａで用いられるワイヤロープの長さと吊り角度との関係を示す図。 ワイヤロープ安全荷重表（抜粋）。 実施例Ａで適切な仮想玉掛けが行われた場合に複合空間で表示される地切り状態の図。 実施例Ｂで不適切な仮想玉掛けが行われた場合に複合空間で表示される地切り状態の図。

本発明による玉掛け作業シミュレーションシステム及び玉掛け作業シミュレーション方法の一実施形態について図面に基づいて説明する。このシステム及び方法は、ヘッドマウントディスプレイ（以下「ＨＭＤ」）を装着した体験者に対し、複合空間の画像を表示することにより、吊荷にワイヤロープを掛ける玉掛け作業のシミュレーションを行うシステム及び方法である。

（一実施形態）
図１～図４を参照し、一実施形態の玉掛け作業シミュレーションシステムの具体的な構成について説明する。図１に示すように、玉掛け作業シミュレーションシステム５０は、カメラ３０、重量重心軸算出部４１、仮想吊荷データ作成部４２、吊り位置算定部４４、仮想ワイヤロープ選定部４６、画像表示部４８等を含む。

これらの要素のうち、少なくとも画像表示部４８はＨＭＤ４０に設けられるが、その他の要素の配置は限定されない。本実施形態では、カメラ３０がＨＭＤ４０に搭載されており、且つ、演算機能や記憶機能を含む各処理部４１、４２、４４、４６がソフトウェアとしてＨＭＤ４０にインストールされたオールインワンの構成を想定する。なお、一部の要素が分離配置されたシステム構成については「その他の実施形態」の欄に記す。

図２に示すように、体験者は専用のＨＭＤ４０を装着するだけで、他の機器と接続することなく玉掛け作業シミュレーションを体験可能である。体験者の視界には、目前にある現実空間に仮想空間が重畳された複合空間が映される。体験者は、仮想空間に表示されるテンキーで数値を入力したり、シミュレーション動作を起動するスイッチを操作したりすることができる。

カメラ３０は、現実の吊荷２０の画像を撮影する。以下、現実の吊荷の符号について、吊荷全般に対し「２０」を用いる。また、代表的な二種類の吊荷の実施例として、実施例Ａの吊荷に「２１」、実施例Ｂの吊荷に「２６」の符号を付す。
［実施例Ａ］アイボルト等の吊り金具が有り、吊り位置が既定である吊荷２１。
［実施例Ｂ］吊り金具が無く、吊り位置が不定である吊荷２６。

現実の吊荷２０に基づいて、仮想空間における仮想吊荷の３次元データが作成される。仮想空間の要素には符号の末尾に「Ｖ」を記す。現実の吊荷の符号に対応して、仮想吊荷全般の符号を「２０Ｖ」とし、実施例Ａの仮想吊荷に「２１Ｖ」、実施例Ｂの仮想吊荷に「２６Ｖ」の符号を付す。なお、仮想ワイヤロープについては、本数や形状に関係なく、「１５Ｖ」の符号を共用する。

実施例Ａについて、図３（ａ）に現実空間に存在する現実の吊荷２１を示す。番木２４を介して地面に置かれた直方体の吊荷２１には、天面の四隅に吊り金具（例えばアイボルト）２２が設けられている。図３（ｂ）には複合空間に表示される「吊り準備状態」を示す。吊り準備状態では、地面に置かれた仮想吊荷２１Ｖに仮想ワイヤロープ１５Ｖが掛けられる。複合空間において、吊り準備状態では現実の吊荷２１と仮想吊荷２１Ｖとが重なって表示される。仮想吊荷２１Ｖには重心Ｇのマークが表示される。また、現実空間には存在しない例えば４本のフック付き仮想ワイヤロープ１５Ｖが表示される。仮想ワイヤロープ１５Ｖは、吊り角度θで仮想吊り金具２２Ｖに掛けられている。なお、仮想クレーンのフック部１３Ｖは必ずしも表示されなくてもよい。

実施例Ｂについて、図４（ａ）に現実空間に存在する現実の吊荷２６を示す。番木２４を介して、吊り金具が無い円柱状長尺物の吊荷２６が地面に置かれている。図４（ｂ）には複合空間に表示される「吊り準備状態」を示す。複合空間において吊り準備状態では、現実の吊荷２６と仮想吊荷２６Ｖとが重なって表示される。仮想吊荷２６Ｖには重心Ｇ及び吊り位置のマークが表示される。また、現実空間には存在しない例えば２本の半掛けされた仮想ワイヤロープ１５Ｖが表示される。実施例Ａと同様に、仮想クレーンのフック部１３Ｖは必ずしも表示されなくてもよい。

図１に戻り、各処理部４１、４２、４４、４６及び画像表示部４８の機能について順に説明する。吊荷２０の重量及び重心が不明の場合、重量重心算出部４１は、カメラ３０が撮影した現実の吊荷２０の画像データから推定される体積と材質とに基づき仮想吊荷２０Ｖの重量を算出し、さらに現実の吊荷２０の形状から仮想吊荷２０Ｖの重心を算出する。

仮想吊荷データ作成部４２は、カメラ３０が撮影した現実の吊荷２０の画像データに基づいて、重量及び重心の情報を含む仮想吊荷２０Ｖのデータを作成する。吊荷２０の重量及び重心が不明の場合、重量重心軸算出部４１が算出した重量、重心情報が入力される。吊荷２０の重量及び重心が既知の場合、既知情報が入力される。

実施例Ｂにおいて、吊り位置算定部４４は、仮想吊荷データ作成部４２から取得した仮想吊荷２６Ｖの形状と重心位置とに基づき、仮想ワイヤロープ１５Ｖを掛ける吊り位置を算定する。吊り位置算定部４４が算出した吊り位置は、仮想吊荷データ作成部４２、仮想ワイヤロープ選定部４６及び画像表示部４８に通知される。

実施例Ａ、Ｂ共通に、仮想ワイヤロープ選定部４６は、径及び長さが異なる複数の仮想ワイヤロープ１５Ｖのデータ、及び、各仮想ワイヤロープ１５Ｖについて吊り角度に応じて使用可能な安全荷重を規定した安全荷重表のデータを記憶している。安全荷重表の具体例については図１０を参照して後述する。仮想ワイヤロープ選定部４６は、仮想吊荷データ作成部４２及び吊り位置算定部４４から取得した仮想吊荷の重量、重心及び吊り位置に基づき、安全荷重表に適合する本数、径及び長さの仮想ワイヤロープ１５Ｖを選定する。

画像表示部４８は、ＨＭＤ４０において、仮想ワイヤロープ１５Ｖ及び仮想吊荷２０Ｖを現実空間の画像に投影して複合空間の画像を表示する。図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、仮想ワイヤロープ１５Ｖの上端は仮想クレーンのフック部１３Ｖに掛けられており、仮想ワイヤロープ１５Ｖの下端は仮想吊荷２０Ｖに掛けられている。

画像表示部４８は、複合空間において、地面に置かれた仮想吊荷２０Ｖに仮想ワイヤロープ１５Ｖが掛けられた「吊り準備状態」から、仮想吊荷２０Ｖが吊り上げられて地面から離れる「地切り状態」まで表示可能である。吊り準備状態は図３（ｂ）、図４（ｂ）に示されている。地切り状態については、図１１、図１２を参照して後述する。

このように本実施形態では、ＨＭＤ４０を装着した体験者は、仮想吊荷２０Ｖが吊り準備状態から地切り状態まで移行するシミュレーション画像を見ることで、玉掛け作業をリアルに疑似体験することができる。表示されるシミュレーション画像がどのような場合に安全と判断されるかについては、シミュレーション方法の説明にて後述する。

次に図５～図７のフローチャート及び図８～図１２を参照し、本実施形態による玉掛け作業シミュレーション方法のステップを順に説明する。図５は、処理全体を示すメインフローチャートである。図６、図７は、それぞれ実施例Ａ、実施例Ｂに対応するＳ７Ａ、Ｓ７Ｂの詳細を記したサブフローチャートである。Ｓ７ＡとＳ７Ｂとは、最初のステップであるＳ７１ＡとＳ７１Ｂとが異なり、その後のＳ７２～Ｓ７８は共通である。

撮影ステップＳ１では、カメラ３０が現実の吊荷２０の画像を撮影する。現実の吊荷２０のサイズ、形状及び材質が不明である場合、カメラ３０が撮影した画像データに基づき、３次元スキャンや画像解析により、サイズ、形状及び材質の必要な情報が演算、推定される。吊荷２０のサイズ、形状等を正確に把握するため、必要に応じて位置や方向を変えて複数の画像が撮影される。吊荷２０の材質は、登録された材質データベースのうちいずれかであり、未知の材質は用いられないものとする。材質データベースには、例えば木、紙、土、布、石、金属（鉄、その他数種類）、油、水等の画像が登録されている。

ステップＳ２では、体験者による選択入力等により、吊荷２０の重量、重心が既知か否か場合分けされる。重量、重心が既知の場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ３がスキップされる。例えば吊荷２０が既知の特定物である場合、重量、重心等の属性がデータベースから読み出されてもよく、体験者がデータを直接入力してもよい。吊荷２０の重量又は重心が未知の場合（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ３で重量重心算出部４１は、画像データに基づき、吊荷２０の重量及び重心を算出する。中空形状や材質が不均一の吊荷は適用対象から除外される。

図８に、実施例Ａに相当する直方体の吊荷２１のサイズ例を示す。なお、天面の四隅に設けられる吊り金具２２の図示を省略する。幅Ｗ、長さＬ、高さＨの外形寸法、及び、幅方向、長さ方向の吊り位置間距離Ｗｂ、Ｌｂは以下の通りである。このサイズ情報は、図９に引き継がれる。
・外形寸法：Ｗ＝１．０ｍ、Ｌ＝１．３ｍ、Ｈ＝０．４４ｍ
・吊り位置間距離Ｗｂ＝０．９ｍ、Ｌｂ＝１．２ｍ

これより、吊荷２１の体積は０．５７２ｍ３と算出される。吊荷２１の材質は均一に鉄である。比重を７．８５とすると、吊荷２１の重量は４．５ｔと算出され、直方体の中心が重心Ｇの位置になると推定される。カメラ３０が撮影した吊荷２０のサイズ、形状データに加え、重量重心算出部４１が算出した重量、重心情報、又は、既知の重量、重心情報は、仮想吊荷データ作成部４２に取得される。

仮想吊荷データ作成ステップＳ４で、仮想吊荷データ作成部４２は、カメラ３０が撮影した現実の吊荷２０の画像データに基づいて、重量及び重心の情報を含む仮想吊荷２０Ｖのデータを作成する。

ステップＳ５では、画像認識や体験者による選択入力により、吊荷２０にアイボルト等の吊り金具が有るか無いか判断される。実施例Ａのように吊り金具が有る場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、Ｓ６Ａでは、吊荷２１の吊り金具２２にフック付ワイヤロープのフックを掛ける作業、或いは、シャックルを用い、吊り金具２２に取り付けたシャックルにワイヤロープを目掛けする作業が想定される。Ｓ６Ａに続くＳ７Ａの処理は、「吊り金具２２が有り、吊り位置が既定である吊荷２１の玉掛け作業」に適用される。

ここで、このシミュレーションシステムは、判断アルゴリズムや学習結果に基づきシステムが最適解を導く自動モードと、体験者の訓練を目的として体験者が自己の判断により数値入力する訓練モードとを切替可能である。Ｓ７Ａにおいて自動モードでは、仮想ワイヤロープ選定部４６が最初から最後まで、判断アルゴリズムや学習結果に基づき仮想ワイヤロープ１５Ｖを選定する。訓練モードでは、体験者が入力した数値の適否を仮想ワイヤロープ選定部４６が判断する。両モードを含めて、Ｓ７Ａでは「仮想ワイヤロープ選定部４６が仮想ワイヤロープ１５Ｖを選定する」と表す。

図６を参照し、Ｓ７Ａの詳細なフローを説明する。Ｓ７１Ａで仮想ワイヤロープ選定部４６は、画像データ、又は現実の吊荷２１の既知データに基づき、吊り金具２２の位置、すなわち「既定の吊り位置」を取得する。

Ｓ７２では、仮想ワイヤロープ選定部４６又は体験者が、仮想ワイヤロープ１５Ｖの本数、ワイヤ径及び長さを仮選定する。なお、重心位置によっては異なる長さの複数の仮想ワイヤロープ１５Ｖが使用される場合があるため、ワイヤ長さは個別で選択可能とする。実施例Ａの吊荷２１には４つの吊り金具２２が有るため、ワイヤ４本吊りが選択される。自動モードでは、仮想ワイヤロープ選定部４６が過去の学習結果等から、例えばワイヤ径１２ｍｍ、長さ２ｍの仮想ワイヤロープ１５Ｖを仮選定する。訓練モードでは、体験者が手計算や勘により、例えばワイヤ径１２ｍｍ、長さ２ｍの仮想ワイヤロープ１５Ｖを仮選定する。

Ｓ７３で仮想ワイヤロープ選定部４６は、吊り位置とワイヤ長さとから吊り角度θを算出する。図９では簡単のため、奥行き方向の吊り角度を無視した正面からの２次元投影図で説明する。吊り位置間距離Ｌｂが１．２ｍの場合、太実線で示すように、仮選定された「ワイヤ径１２ｍｍ、長さ２ｍ」の仮想ワイヤロープ１５Ｖを用いると、吊り角度θは約３５°となり、３０°を超える。逆に、二点鎖線で示すように吊り角度θを３０°以下（片側１５°以下）とするには、下式により、ワイヤ長さは２．３ｍ以上必要となる。
ワイヤ長さ≧０．６／ｓｉｎ１５°＝０．６／０．２６≒２．３

Ｓ７４で仮想ワイヤロープ選定部４６は、吊荷荷重と吊り角度θに対し安全荷重表を参照する。図１０にワイヤロープ安全荷重表（６×２４％、ＪＩＳ Ｇ３５２５規格品使用）の抜粋を掲載する。安全荷重は破断荷重に安全係数を乗じたものである。また、仮想ワイヤロープ１５Ｖの掛け方（目掛け、半掛け、あだ巻き掛け、目通し掛け等）に応じて個別の安全荷重が適用される。

Ｓ７５では、仮選定された仮想ワイヤロープ１５Ｖの本数、径及び長さが安全荷重表に適合するか判断される。Ｓ７５でＹＥＳの場合、ルーチンが終了する。この例で仮選定された仮想ワイヤロープ１５Ｖは吊り角度θが約３５°であり３０°を超えるため、ワイヤ径１２ｍｍ、吊り角度６０°の欄を参照すると、安全荷重は４．１４ｔである。したがって、重量４．５ｔの仮想吊荷２１Ｖに対し、安全荷重表に適合しない（Ｓ７５：ＮＯ）と判断される。この場合、訓練モードではアラート等により体験者に警告する。例えば仮想吊荷２０Ｖの重量が破断荷重を超える場合、仮想ワイヤロープ１５Ｖを破断させるように形状変化させて画面表示してもよい。

Ｓ７５でＮＯの場合、Ｓ７６～Ｓ７８で仮想ワイヤロープ１５Ｖが再選定される。Ｓ７６ではワイヤ径をアップ可能であるか判断される。Ｓ７６でＹＥＳの場合、Ｓ７７で仮想ワイヤロープ選定部４６又は体験者は、例えばワイヤ径を１２ｍｍから１４ｍｍにアップして再選定し、Ｓ７４に戻る。これにより安全荷重が４．１４ｔから５．６４ｔとなり、重量４．５ｔの仮想吊荷２１Ｖに使用可能となるため、Ｓ７５でＹＥＳと判断される。

諸事情によりワイヤ径をアップ不可（Ｓ７６：ＮＯ）の場合、Ｓ７８で仮想ワイヤロープ選定部４６又は体験者は、例えば２ｍから２．５ｍにワイヤ長さを変更して再選定し、Ｓ７３に戻る。図９に示すように、ワイヤ長さ２．５ｍの場合、吊り角度θは約２８°であるため、吊り角度３０°での基準が適用される。これにより安全荷重が４．１４ｔから４．６２ｔとなり、重量４．５ｔの仮想吊荷２１Ｖに使用可能となるため、Ｓ７５でＹＥＳと判断される。

一方、Ｓ５において、実施例Ｂのように吊り金具が無い場合（Ｓ５：ＮＯ）、Ｓ６Ｂでは、ワイヤロープを吊荷２６の下に回して半掛けする作業が想定される。Ｓ６Ｂに続くＳ７Ｂの処理は、「吊り金具が無く、吊り位置が不定である吊荷２６の玉掛け作業」に適用される。

Ｓ７Ｂでは、吊り位置算定部４４が吊り位置を算定し、仮想ワイヤロープ選定部４６が吊り位置に掛けられる仮想ワイヤロープ１５Ｖの本数、径及び長さを選定する。訓練モードにおける、「吊り位置算定部４４が算定する」、及び、「仮想ワイヤロープ選定部４６が選定する」の解釈についてはＳ７Ａに準ずる。

図７を参照し、Ｓ７Ｂの詳細なフローを説明する。Ｓ７１Ｂで吊り位置算定部４４は、仮想吊荷２６Ｖの形状と重心位置とに基づき、仮想ワイヤロープ１５Ｖを掛ける吊り位置を算定し、仮想ワイヤロープ選定部４６に通知する。つまり仮想ワイヤロープ選定部４６は、Ｓ７１Ａでは、現実の吊り金具２２の位置を取得するのに対し、Ｓ７１Ｂでは、吊り位置算定部４４が算定した吊り位置を取得する。図４に示す実施例Ｂの長尺物の仮想吊荷２６Ｖでは、重心に対して対称で均一な距離の位置に２点の吊り位置が算定される。Ｓ７ＢのＳ７２～Ｓ７８は、基本的にＳ７Ａと共通である。

このようにＳ７Ａでは、吊り位置が既定である仮想吊荷２１Ｖに対し、仮想ワイヤロープ１５Ｖの本数、ワイヤ径及び長さが選定される。また、Ｓ７Ｂでは、吊り位置が不定である仮想吊荷２６Ｖに対し、仮想ワイヤロープ１５Ｖの本数、ワイヤ径及び長さが選定される。

Ｓ７Ａにおいて、仮想吊荷２１Ｖに対し適切な仮想ワイヤロープ１５Ｖが選定されること、及び、Ｓ７Ｂにおいて、仮想吊荷２６Ｖに対し適切な吊り位置が算定され、且つ適切な仮想ワイヤロープ１５Ｖが選定されることを「適切な仮想玉掛けが行われる」と表す。Ｓ７Ａ又はＳ７Ｂの後、図５の画像表示ステップＳ８に移行する。

画像表示ステップＳ８では、画像表示部４８が複合空間において、仮想ワイヤロープ１５Ｖ及び仮想吊荷２０Ｖを現実空間の画像に投影して画像を表示する。仮想ワイヤロープ１５Ｖは、上端が仮想クレーンのフック部１３Ｖに接続されているものとしてデータ作成されている。ただし、仮想クレーンのフック部１３Ｖは必ずしも画像に表示されなくてもよい。仮想ワイヤロープ１５Ｖの下端は仮想吊荷２０Ｖに掛けられている。

画像表示ステップＳ８において画像表示部４８は、吊り準備状態から地切り状態まで表示可能である。ＨＭＤ４０を装着した体験者は、仮想吊荷２０Ｖが吊り準備状態から地切り状態まで移行するシミュレーション画像を見ることで、玉掛け作業をリアルに疑似体験することができる。

安全評価ステップＳ９では、画像表示ステップＳ８の画像に基づき、安全で適切な仮想玉掛けが行われたか評価される。Ｓ９の判定はシステム内での画像解析により実行されてもよいし、訓練モードでは体験者が判定して結果を入力してもよい。

具体的には、地切り状態にて仮想吊荷２０Ｖが振れたり傾いたりせず、水平姿勢を保持したまま安定して吊り上げられていれば、適切な仮想玉掛けが行われたと判定される。すなわち、吊り位置や、仮想ワイヤロープ１５Ｖの本数、径及び長さの選定が適切であったとして、Ｓ９でＹＥＳと判定され、玉掛け作業シミュレーション方法は終了する。訓練モードでは、仮想吊荷２０Ｖを安全に吊り上げることができたとみなされる。

一方、仮想吊荷２０Ｖが振れたり傾いたりした場合等には、不適切な仮想玉掛けが行われたとして、Ｓ９でＮＯと判定される。訓練モードではアラート等で体験者に警告を発してもよい。その場合、体験者は、Ｓ７Ａ又はＳ７Ｂに戻り、吊り位置の算定や仮想ワイヤロープ１５Ｖの選定をし直す。

上述の通り、図３（ｂ）に表示された実施例Ａの吊り準備状態では、仮想吊荷２１Ｖは現実の吊荷２１と重なって表示される。複合空間において、仮想クレーンのフック部１３Ｖと共に仮想ワイヤロープ１５Ｖを上方に移動させると、図１１に示す地切り状態の画像が表示される。現実の吊荷２１は地面に置かれたまま、仮想吊荷２１Ｖは現実の吊荷２１から離れて上昇する。便宜上、現実の吊荷２１を実線、仮想吊荷２１Ｖを破線で図示するが、画像表示上の違いがあるわけではない。体験者は、このようなシミュレーション画像を見ることができる。

実施例Ａにおいて適切な仮想玉掛けが行われたとすると、図１１に示すように、仮想吊荷２１Ｖは、振れたり傾いたりせず、水平姿勢を保持したまま安定して吊り上げられる。体験者は、このシミュレーション画像を見ることで、適切な仮想玉掛けが行われたことをリアルに疑似体験することができる。

図１２には、実施例Ｂで不適切な玉掛けが行われた場合に表示される地切り状態の画像を示す。自動モードで図１２のような画像が表示されることは考えにくいが、訓練モードでの誤判断や数値入力ミス等の可能性を想定し、誇張して図示する。仮に、長尺物の仮想吊荷２６Ｖの重心に対し偏った位置に吊り位置が設定された場合、上段、中段の図に示すように仮想吊荷２６Ｖが振れたり傾いたりする。現実の吊荷２６がある角度以上傾くと、ワイヤロープから滑り落ち、落下の危険性がある。そこで、Ｓ９において、仮想吊荷２６Ｖの振れ量や傾き角度が許容閾値を超えた場合にＮＯと判定されるようにしてもよい。

なお、現実の吊荷２６がバランスを崩す要因として、以下のような場合が考えられる。
・それぞれの吊り位置に対する重心からの距離が異なる
・重心が吊荷２６の中心ではない（バランスが取れる吊り位置ではない）
・左右のワイヤロープ長が異なっている
・地切りを急に行った
・天候の影響（雨、強風等）

下段の図に示すように、片側（図の右側）の吊り位置に安全荷重に達しない細いワイヤロープ１５Ｖｘが使用された場合、細いワイヤロープ１５Ｖｘが破断して仮想吊荷２６Ｖが落下するおそれがある。そこで、Ｓ９において、左右のワイヤロープの径が異なる場合にもＮＯと判定されるようにしてもよい。

体験者は、図１２のようなシミュレーション画像を見ることで、不適切な仮想玉掛けが行われたことをリアルに疑似体験することができる。また、その場合、どのように玉掛け条件を変更すれば、安全評価ステップＳ９でＹＥＳと判定されるかをトライすることができる。よって、特に作業経験の浅い作業者が安全に作業を行うための正しい感覚を習得するのに役立つ。

＜その他の実施例＞
図１に示す玉掛け作業シミュレーションシステム５０に対し、他のシステム構成では、ＨＭＤ４０の外部に重量重心算出部４１、仮想吊荷データ作成部４２、吊り位置算定部４４、仮想ワイヤロープ選定部４６の一部又は全部を有する処理装置が設けられてもよい。その場合、処理装置の演算結果がＨＭＤ４０に通信されて画像表示部４８に画像が表示される。

また、複数の仮想ワイヤロープ１５Ｖのデータは仮想ワイヤロープ選定部４６の内部に記憶されるのでなく、クラウド等の外部ストレージに記憶され、仮想ワイヤロープ選定部４６が都度データを読み出してもよい。仮想吊荷データ作成部４２が作成した仮想吊荷２０Ｖについても作成済データがクラウド等の外部ストレージに記憶され、以前と同じ吊荷２０に対し玉掛け作業シミュレーションを行う場合、仮想吊荷データ作成部４２が以前のデータを読み出してもよい。

また、ＨＭＤ４０とは別に独立のカメラ３０が設けられてもよい。つまり、玉掛け作業シミュレーションシステム５０は、物理的に一体に構成される必要はなく、空間的に離れた複数の装置が協働して機能を実現するように構成されてもよい。

適用対象となる全ての吊荷２０の重量、重心が既知である場合、図１のシステム図において重量重心軸算出部４１は無くてもよく、図５のフローチャートにおいてＳ２、Ｓ３は無くてもよい。また、適用対象となる全ての吊荷２０に吊り金具２２が有り、吊り位置が既定である場合、吊り位置算定部４４は無くてもよく、さらに、選択可能な仮想ワイヤロープ１５Ｖが一種類しかない場合、仮想ワイヤロープ選定部４６が無くてもよい。フローチャートでは、Ｓ５、Ｓ６Ａ／Ｂ、Ｓ７Ａ／Ｂが無くてもよい。仮想ワイヤロープ１５Ｖが一種類しかない場合、それが安全荷重表に適合しなければ、再選定せず、「玉掛け作業不可能」という判定結果が出力される。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１５Ｖ・・・仮想ワイヤロープ、
２０（２１，２６）・・・（現実の）吊荷、
２０Ｖ（２１Ｖ、２６Ｖ）・・・仮想吊荷、
３０・・・カメラ、
４０・・・ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、
４１・・・重量重心算出部、
４２・・・仮想吊荷データ作成部、
４４・・・吊り位置算定部、
４６・・・仮想ワイヤロープ選定部。
４８・・・画像表示部、
５０・・・玉掛け作業シミュレーションシステム。

Claims (5)

1. ヘッドマウントディスプレイ（４０）を装着した体験者に対し、複合空間の画像を表示することにより、吊荷にワイヤロープを掛ける玉掛け作業のシミュレーションを行うシミュレーションシステムであって、
   現実の吊荷（２０）の画像を撮影するカメラ（３０）と、
   前記カメラが撮影した現実の吊荷の画像データに基づいて、重量及び重心の情報を含む仮想吊荷（２０Ｖ）のデータを作成する仮想吊荷データ作成部(４２）と、
   前記ヘッドマウントディスプレイにおいて、仮想クレーンのフック部に上端が掛けられた仮想ワイヤロープ（１５Ｖ）、及び、前記仮想ワイヤロープの下端が掛けられた前記仮想吊荷を現実空間の画像に投影して複合空間の画像を表示する画像表示部（４８）と、
   を備え、
   前記画像表示部は、複合空間において、地面に置かれた前記仮想吊荷に前記仮想ワイヤロープが掛けられた吊り準備状態から、前記仮想吊荷が吊り上げられて地面から離れる地切り状態まで表示可能である玉掛け作業シミュレーションシステム。
2. 吊り金具（２２）が有り、吊り位置が既定である吊荷（２１）、又は、吊り金具が無く、吊り位置が不定である吊荷（２６）の玉掛け作業に適用され、
   径及び長さが異なる複数の前記仮想ワイヤロープのデータ、及び、各前記仮想ワイヤロープについて吊り角度に応じて使用可能な安全荷重を規定した安全荷重表のデータを記憶しており、前記仮想吊荷の重量、重心及び吊り位置に基づき、前記安全荷重表に適合する本数、径及び長さの前記仮想ワイヤロープを選定する仮想ワイヤロープ選定部（４６）を有する請求項１に記載の玉掛け作業シミュレーションシステム。
3. 吊り金具が無く、吊り位置が不定である吊荷（２６）の玉掛け作業に適用され、
   前記仮想吊荷（２６Ｖ）の形状と重心位置とに基づき、前記仮想ワイヤロープを掛ける吊り位置を算定する吊り位置算定部（４４）をさらに有する請求項２に記載の玉掛け作業シミュレーションシステム。
4. 前記カメラが撮影した現実の吊荷の画像データから推定される体積と材質とに基づき前記仮想吊荷の重量を算出し、さらに現実の吊荷の形状から前記仮想吊荷の重心を算出する重量重心算出部（４１）をさらに備える請求項２または３に記載の玉掛け作業シミュレーションシステム。
5. ヘッドマウントディスプレイ（４０）を装着した体験者に対し、複合空間の画像を表示することにより、吊荷にワイヤロープを掛ける玉掛け作業のシミュレーションを行うシミュレーション方法であって、
   カメラ（３０）が現実の吊荷（２０）の画像を撮影する撮影ステップ（Ｓ１）と、
   前記カメラが撮影した現実の吊荷の画像データに基づいて、仮想吊荷データ作成部（４２）が、重量及び重心の情報を含む仮想吊荷（２０Ｖ）のデータを作成する仮想吊荷データ作成ステップ（Ｓ４）と、
   前記ヘッドマウントディスプレイの画像表示部（４８）により、仮想クレーンのフック部に上端が掛けられた仮想ワイヤロープ（１５Ｖ）、及び、前記仮想ワイヤロープの下端が掛けられた前記仮想吊荷を現実空間の画像に投影して複合空間の画像を表示する画像表示ステップ（Ｓ８）と、
   を含み、
   前記画像表示ステップにおいて前記画像表示部は、地面に置かれた前記仮想吊荷に前記仮想ワイヤロープが掛けられた吊り準備状態から、前記仮想吊荷が吊り上げられて地面から離れる地切り状態まで表示可能である玉掛け作業シミュレーション方法。

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