KR20210123704A - Apparatus and method for workload assessment - Google Patents

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KR20210123704A
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Abstract

The present invention relates to a workload assessment apparatus and a workload assessment method using the apparatus including: inertia measurement units attached to a worker's first body part and measuring inertia data on the first body part; at least one pressure sensor attached to the worker's second body part and measuring the pressure on the second body part applied during work; a data processing unit implementing human body modeling on the worker using the measured inertia data and preprocessing the measured pressure value; and a workload assessment unit assessing the workload attributable to a work posture using the human body modeling and assessing the workload attributable to a working load using the preprocessed measured pressure value. According to the present invention, inertia data and pressure measurement is performed with the inertia measurement unit and the pressure sensor attached to a worker's body, and then preprocessing is performed and workload assessment methodology is applied. As a result, the worker's workload can be assessed in real time, accurately, and conveniently.

Description

작업부담평가 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR WORKLOAD ASSESSMENT}Apparatus and method for work load assessment {APPARATUS AND METHOD FOR WORKLOAD ASSESSMENT}

본 발명은 근골격계 질환의 예방을 위한 작업자의 작업부담평가 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for evaluating an operator's workload for the prevention of musculoskeletal disorders.

작업 시 작업자에게 가해지는 부담은 근골격계 질환의 발생 원인이 되고, 이러한 근골격계 질환은 사고 및 상해의 원인이 된다. 그러므로 작업 시 근골격계 질환을 발생시키는 주요 원인을 찾아 예방하는 것이 중요하다. 작업부담평가는 근골격계 질환 발생의 주요 원인을 찾는 방법 중의 하나이다.The burden imposed on the worker during work is a cause of musculoskeletal disorders, and these musculoskeletal disorders cause accidents and injuries. Therefore, it is important to find and prevent major causes of musculoskeletal disorders during work. Work load assessment is one of the methods to find the main causes of musculoskeletal disorders.

종래의 작업부담평가는 관찰자적 평가 방법으로서 훈련된 평가자가 작업장에서 작업을 실제로 보거나 장시간 작업을 기록한 영상을 시청하고, 평가 방법론에 따라 사전 설정된 시트(sheet)를 수기로 작성함으로써 이루어진다. 여기서, 평가 방법론으로는 OWAS(Ovako Work Posture Assessment System), REBA(Rapid Entire Body Assessment), RULA(Rapid Upper Limb Assessment), AWBA(Agricultural Whole Body Assessment) 등이 사용된다.The conventional workload evaluation is an observational evaluation method, and a trained evaluator actually sees the work in the workplace or watches an image recorded for a long time, and manually writes a preset sheet according to the evaluation methodology. Here, as the evaluation methodology, OWAS (Ovako Work Posture Assessment System), REBA (Rapid Entire Body Assessment), RULA (Rapid Upper Limb Assessment), AWBA (Agricultural Whole Body Assessment), etc. are used.

그러나 종래의 관찰자적 평가 방법은 평가자가 수기로 평가하므로 장시간 평가하기 어렵고, 작업자를 보는 각도에 따라 평가 결과가 상이하게 되어 정확한 결과가 도출되지 않는다는 문제점이 있다. 즉, 장시간 평가에는 평가자 인력이 많이 필요하기 때문에 실질적으로 10분에 1번 작업자의 자세를 평가하고, 평가자의 판단에 따른 정성적인 평가가 이루어지므로 정확한 평가가 어렵다.However, the conventional observational evaluation method has a problem in that it is difficult to evaluate for a long time because the evaluator evaluates it manually, and the evaluation result is different depending on the viewing angle of the operator, so that an accurate result is not derived. In other words, since a large number of evaluators are required for long-term evaluation, the operator's posture is actually evaluated once every 10 minutes, and a qualitative evaluation is made according to the evaluator's judgment, so it is difficult to accurately evaluate.

또한 상술한 평가 방법론들은 작업 현장에서 수행되는 작업자의 작업 부담을 평가할 수 있다는 장점이 있지만, 자세 중심의 평가 방법론으로서 시간 또는 하중을 고려하지 못한다.In addition, although the above-described evaluation methodologies have the advantage of being able to evaluate the work load of the operator performed at the job site, they do not consider time or load as a posture-oriented evaluation methodology.

한국 공개특허공보 제10-2016-0076488호(근골격계 질환의 발생가능성의 판단 장치 및 방법, 디게이트 주식회사, 2016.06.30.)Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0076488 (Apparatus and method for determining the possibility of musculoskeletal disorders, Digigate Co., Ltd., 2016.06.30.)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 평가자의 수기에 의한 정성적인 평가가 아닌 장시간 자동으로 정량적인 평가가 가능하여 정확성과 편의성이 증대된 작업부담평가 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 또한 작업 자세뿐만 아니라 작업 시간 및 작업 하중을 함께 고려하여 정확한 평가가 가능한 작업부담평가 장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above-mentioned problems is to provide a work load evaluation apparatus and method with increased accuracy and convenience by enabling automatic quantitative evaluation for a long time rather than a manual qualitative evaluation by an evaluator. In addition, it is to provide a work load evaluation device and method that can accurately evaluate not only the work posture, but also the work time and work load.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited thereto, and may be variously expanded without departing from the spirit and scope of the present invention.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 작업부담평가 장치는 작업자의 제1 신체부위에 부착되며, 상기 제1 신체부위의 관성 데이터를 측정하는 복수의 관성측정장치(IMU, Inertia Measurement Unit)와, 상기 작업자의 제2 신체부위에 부착되며, 작업 시 가해지는 상기 제2 신체부위의 압력을 측정하는 적어도 하나의 압력센서와, 상기 측정한 관성 데이터를 이용하여 상기 작업자의 인체 모델링을 구현하고, 상기 압력 측정값을 전처리하는 데이터처리부와, 상기 인체 모델링을 이용하여 작업자세에 의한 작업부담을 평가하고, 상기 전처리된 압력 측정값을 이용하여 작업하중에 의한 작업부담을 평가하는 작업부담평가부를 포함한다.A work load evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problems is attached to a first body part of an operator, and a plurality of inertia measurement devices (IMU, Inertia) for measuring inertia data of the first body part Measurement Unit), at least one pressure sensor attached to the second body part of the worker and measuring the pressure of the second body part applied during work, and modeling the worker's body using the measured inertia data and a data processing unit for pre-processing the pressure measurement value, evaluating the work load due to the working posture using the human body modeling, and evaluating the work load due to the work load using the pre-processed pressure measurement value Includes burden assessment department.

일 측면에 따르면, 상기 관성 데이터는 3축 가속도(3-axis acceleration), 3축 각속도(3-axis angular velocity), 및 3축 지자기 데이터(3-axis geomagnetic data) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an aspect, the inertial data may include at least one of 3-axis acceleration, 3-axis angular velocity, and 3-axis geomagnetic data. .

일 측면에 따르면, 상기 제1 신체부위는 상기 작업자의 머리, 가슴, 허리, 팔, 및 다리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to one aspect, the first body part may include at least one of a head, chest, waist, arm, and leg of the worker.

일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 압력센서는 인솔(insole)에 부착되어 상기 작업자의 신발 안쪽에 설치될 수 있다.According to one aspect, the at least one pressure sensor may be attached to an insole and installed inside the worker's shoe.

일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 압력센서는 패치에 결합되어 상기 작업자의 엉덩이 부분에 부착될 수 있다.According to one aspect, the at least one pressure sensor may be coupled to a patch and attached to the hip portion of the operator.

일 측면에 따르면, 상기 데이터처리부는 보상 알고리즘을 이용하여 상기 관성 데이터 측정값을 보상하고, 각 관성측정장치(IMU) 별 쿼터니언(quaternion) 상대각도를 산출하고, 상기 각 관성측정장치(IMU) 별 상대각도를 쿼터니언 회전 변환하여 상기 각 관성측정장치(IMU)의 쿼터니언 및 오일러 3축 정렬 각도를 산출하는 데이터 보정(calibration) 작업을 수행하고, 상기 각 관성측정장치(IMU)의 쿼터니언 및 상기 오일러 3축 정렬 각도를 이용하여 상기 복수의 관성측정장치(IMU)의 상대각도를 산출하고, 그리고 상기 복수의 관성측정장치(IMU)의 상대각도를 이용하여 상기 작업자의 상기 인체 모델링을 구현할 수 있다.According to one aspect, the data processing unit compensates the measured value of the inertial data using a compensation algorithm, calculates a quaternion relative angle for each inertial measuring unit (IMU), and each inertial measuring unit (IMU) A data calibration operation of calculating the quaternion and Euler triaxial alignment angles of each inertial measurement unit (IMU) is performed by converting the relative angle into a quaternion rotation, and the quaternion and the Euler 3 of each inertial measurement unit (IMU) The relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs) may be calculated using the axis alignment angle, and the human body modeling of the operator may be implemented using the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs).

일 측면에 따르면, 상기 데이터처리부는 수신한 상기 압력 데이터를 정규화하고, 훈련 세트와 테스트 세트로 분류하고, 상기 훈련 세트에 대해서 윈도우 분할 방법(window segmentation method)을 사용하여 특징점(feature)을 추출하고, 그리고 MI-FS(mutual information - forward feature selection)에 따라 각 특징점들의 랭크(rank)를 계산하고, 상기 랭크를 기반으로 특징점을 선택함으로써 상기 전처리를 수행할 수 있다.According to one aspect, the data processing unit normalizes the received pressure data, classifies it into a training set and a test set, and extracts feature points using a window segmentation method for the training set and , and by calculating the rank of each feature point according to mutual information-forward feature selection (MI-FS), and selecting the feature point based on the rank, the preprocessing may be performed.

일 측면에 따르면, 상기 작업부담평가부는 상기 인체 모델링을 이용하여, OWAS(Ovako Work Posture Assessment System), REBA(Rapid Entire Body Assessment), RULA(Rapid Upper Limb Assessment), AWBA(Agricultural Whole Body Assessment), 및 Cube 방법 중 적어도 하나의 방법론에 따라 상기 작업자세에 의한 작업부담을 평가할 수 있다.According to one aspect, The work burden assessment unit uses the human body modeling, at least of OWAS (Ovako Work Posture Assessment System), REBA (Rapid Entire Body Assessment), RULA (Rapid Upper Limb Assessment), AWBA (Agricultural Whole Body Assessment), and Cube method. According to one methodology, it is possible to evaluate the workload due to the above working posture.

일 측면에 따르면, 상기 작업부담평가부는 인공신경망 모델을 이용하여 상기 작업하중에 의한 작업부담을 평가하고, 상기 인공신경망 모델은 상기 압력 측정값을 이용하여 저위험(low risk), 가능한 위험(possible risk), 및 고위험(high risk)의 3가지 유형 중 어느 하나로 작업하중에 의한 작업부담 평가 결과를 출력할 수 있다.According to one aspect, the work load evaluation unit evaluates the work load due to the work load using an artificial neural network model, and the artificial neural network model is a low risk, possible risk using the pressure measurement value. risk) and high risk (high risk) can output the work load evaluation results in any one of the three types.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 작업부담평가 방법은 작업자의 제1 신체부위에 복수의 관성측정장치(IMU, Inertia Measurement Method)를 부착하고, 상기 작업자의 제2 신체부위에 적어도 하나의 압력센서를 부착하는 단계와, 상기 복수의 관성측정장치(IMU)가 상기 제1 신체부위의 관성 데이터를 측정하고, 상기 적어도 하나의 압력센서가 작업 시 가해지는 상기 제2 신체부위의 압력을 측정하는 단계와, 상기 측정한 관성 데이터를 이용하여 상기 작업자의 인체 모델링을 구현하고, 상기 압력 측정값을 전처리하는 단계와, 상기 인체 모델링을 이용하여 작업자세에 의한 작업부담을 평가하고, 상기 전처리된 압력 측정값을 이용하여 작업하중에 의한 작업부담을 평가하는 단계를 포함한다.In a work load evaluation method according to another embodiment of the present invention for solving the above-described problems, a plurality of inertia measurement devices (IMUs) are attached to a first body part of an operator, and a second body part of the worker is attached. attaching at least one pressure sensor to the second body part, wherein the plurality of inertial measurement units (IMUs) measure inertia data of the first body part, and the at least one pressure sensor is applied during operation measuring the pressure of the, implementing the human body modeling of the worker using the measured inertia data, preprocessing the pressure measurement value, and evaluating the workload due to the working posture using the human body modeling, , using the pre-processed pressure measurement value to evaluate the work load due to the work load.

일 측면에 따르면, 상기 관성 데이터는 3축 가속도(3-axis acceleration), 3축 각속도(3-axis angular velocity), 및 3축 지자기 데이터(3-axis geomagnetic data) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an aspect, the inertial data may include at least one of 3-axis acceleration, 3-axis angular velocity, and 3-axis geomagnetic data. .

일 측면에 따르면, 상기 제1 신체부위는 상기 작업자의 머리, 가슴, 허리, 팔, 및 다리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to one aspect, the first body part may include at least one of a head, chest, waist, arm, and leg of the worker.

일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 압력센서는 인솔(insole)에 부착되어 상기 작업자의 신발 안쪽에 설치될 수 있다.According to one aspect, the at least one pressure sensor may be attached to an insole and installed inside the worker's shoe.

일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 압력센서는 패치에 결합되어 상기 작업자의 엉덩이 부분에 부착될 수 있다.According to one aspect, the at least one pressure sensor may be coupled to a patch and attached to the hip portion of the operator.

일 측면에 따르면, 상기 인체 모델링을 구현하는 단계는 보상 알고리즘을 이용하여 상기 관성 데이터 측정값을 보상하고, 각 관성측정장치(IMU) 별 쿼터니언(quaternion) 상대각도를 산출하는 단계와, 상기 각 관성측정장치(IMU) 별 상대각도를 쿼터니언 회전 변환하여 상기 각 관성측정장치(IMU)의 쿼터니언 및 오일러 3축 정렬 각도를 산출하는 데이터 보정(calibration) 작업을 수행하는 단계와, 상기 각 관성측정장치(IMU)의 쿼터니언 및 상기 오일러 3축 정렬 각도를 이용하여 상기 복수의 관성측정장치(IMU)의 상대각도를 산출하는 단계와, 상기 복수의 관성측정장치(IMU)의 상대각도를 이용하여 상기 작업자의 상기 인체 모델링을 구현하는 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect, the step of implementing the human body modeling comprises compensating for the inertial data measurement value using a compensation algorithm and calculating a quaternion relative angle for each inertial measurement unit (IMU); Performing a data calibration operation of calculating the quaternion and Euler triaxial alignment angles of each inertial measurement unit (IMU) by converting the relative angle of each measuring unit (IMU) into a quaternion rotation, and each inertial measuring unit ( Calculating the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs) using the quaternion and Euler triaxial alignment angles of the IMU), and the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs) of the operator It may include the step of implementing the human body modeling.

일 측면에 따르면, 상기 압력 측정값을 전처리하는 단계는 수신한 상기 압력 데이터를 정규화하고, 훈련 세트와 테스트 세트로 분류하는 단계와, 상기 훈련 세트에 대해서 윈도우 분할 방법(window segmentation method)을 사용하여 특징점(feature)을 추출하는 단계와, MI-FS(mutual information - forward feature selection)에 따라 각 특징점들의 랭크(rank)를 계산하고, 상기 랭크를 기반으로 특징점을 선택함으로써 상기 전처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect, the pre-processing of the pressure measurement value includes normalizing the received pressure data, classifying the received pressure data into a training set and a test set, and using a window segmentation method for the training set. performing the preprocessing by extracting a feature, calculating the rank of each feature according to MI-FS (mutual information-forward feature selection), and selecting the feature based on the rank may include

일 측면에 따르면, 상기 작업자세에 의한 작업부담을 평가하는 단계는 상기 인체 모델링을 이용하여, OWAS(Ovako Work Posture Assessment System), REBA(Rapid Entire Body Assessment), RULA(Rapid Upper Limb Assessment), AWBA(Agricultural Whole Body Assessment), 및 Cube 방법 중 적어도 하나의 방법론에 따라 상기 작업자세에 의한 작업부담을 평가할 수 있다.According to one aspect, the step of evaluating the work load by the working posture is using the human body modeling, OWAS (Ovako Work Posture Assessment System), REBA (Rapid Entire Body Assessment), RULA (Rapid Upper Limb Assessment), AWBA (Agricultural Whole Body Assessment), and according to at least one methodology of the Cube method, it is possible to evaluate the work load by the working posture.

일 측면에 따르면, 상기 작업하중에 의한 작업부담을 평가하는 단계는 인공신경망 모델을 이용하여 상기 작업하중에 의한 작업부담을 평가하고, 상기 인경신경망 모델은 상기 압력 측정값을 이용하여 저위험(low risk), 가능한 위험(possible risk), 및 고위험(high risk)의 3가지 유형 중 어느 하나로 작업하중에 의한 작업부담 평가 결과를 출력할 수 있다.According to one aspect, the step of evaluating the work load due to the work load evaluates the work load due to the work load using an artificial neural network model, and the neural network model uses the pressure measurement value to evaluate the work load. risk), possible risk, and high risk can output the work load evaluation result in any one of three types.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 작업부담평가 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 컴퓨터로 하여금: 작업자의 제1 신체부위에 부착된 복수의 관성측정장치(IMU, Inertia Measurement Method)가 상기 제1 신체부위의 관성 데이터를 측정하도록 하고, 상기 작업자의 제2 신체부위에 부착된 적어도 하나의 압력센서가 작업 시 가해지는 상기 제2 신체부위의 압력을 측정하도록 하는 명령과, 상기 측정한 관성 데이터를 이용하여 상기 작업자의 인체 모델링을 구현하고, 상기 압력 측정값을 전처리하도록 하는 명령과, 상기 인체 모델링을 이용하여 작업자세에 의한 작업부담을 평가하고, 상기 전처리된 압력 측정값을 이용하여 작업하중에 의한 작업부담을 평가하도록 하는 명령을 포함한다.In a computer readable storage medium storing a computer program for performing a work load evaluation method according to another embodiment of the present invention for solving the above-mentioned problems, the computer program causes the computer to: A plurality of inertia measurement devices (IMU) attached to the part measure the inertia data of the first body part, and at least one pressure sensor attached to the second body part of the operator is applied during work. A command to measure the pressure of the second body part, a command to implement human body modeling of the operator using the measured inertia data, and a command to preprocess the pressure measurement value, and a working posture using the human body modeling and a command to evaluate the work load by the work load and evaluate the work load by the work load using the preprocessed pressure measurement value.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited thereby.

전술한 본 발명의 실시예들에 따른 작업부담평가 장치 및 방법에 따르면, 관성측정장치 및 압력센서를 작업자의 신체에 부착하여 관성 데이터 및 압력을 측정하고 이를 전처리하여 작업부담평가 방법론을 적용함으로써 정확하고 편리하게 그리고 실시간으로 작업자의 작업부담을 평가할 수 있다.According to the work load evaluation apparatus and method according to the above-described embodiments of the present invention, the inertial measurement device and the pressure sensor are attached to the body of the worker to measure the inertia data and pressure, and by pre-processing it, the work load evaluation methodology is applied. and can conveniently and in real time evaluate the workload of the operator.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 작업부담평가 장치의 구성도이다.
도 2는 작업자의 신체에서 센서가 부착되는 예시적인 위치를 나타낸 도면이다.
도 3은 관성측정장치의 측정값으로부터 인체 모델링을 구현하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 압력센서의 측정값으로부터 작업하중의 위험도를 판단하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 OWAS 방법의 작업부담평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 AWBA 방법의 작업부담평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 Cube 방법의 작업부담평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 작업부담평가 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 작업부담평가 장치 및 방법을 적용하여 수행한 실험결과이다.
1 is a block diagram of a work load evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an exemplary position where a sensor is attached to an operator's body.
3 is a flowchart illustrating a method of implementing human body modeling from measurement values of the inertial measurement device.
4 is a flowchart illustrating a method of determining the degree of risk of a working load from a measurement value of a pressure sensor.
5 is a diagram for explaining a work load evaluation method of the OWAS method.
6 is a view for explaining a work load evaluation method of the AWBA method.
7 is a diagram for explaining a work load evaluation method of the Cube method.
8 is a flowchart of a work load evaluation method according to another embodiment of the present invention.
9 is an experimental result performed by applying the work load evaluation apparatus and method according to the embodiments of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. something to do. On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. .

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 명확하고 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described clearly and in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 작업부담평가 장치의 구성도이고, 도 2는 작업자의 신체에서 센서가 부착되는 예시적인 위치를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram of a work load evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing an exemplary position at which a sensor is attached to a body of an operator.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 작업부담평가 장치(100)는 센서부(110), 데이터처리부(130), 및 작업부담평가부(150)를 포함하고, 센서부(110)는 관성측정장치(IMU, Inertia Measurement Unit)(112) 및 압력센서(114)를 포함한다. 실시예에 따라 센서부(110)는 데이터처리부(130) 및 작업부담평가부(150)와 별도로 구현될 수 있다. 이 경우 센서부(110)는 작업자의 신체에 부착되어 데이터를 측정하고, 데이터처리부(130) 및 작업부담평가부(150)는 통신모듈과 프로세서를 포함하는 단말기에 구현되어 작업부담을 평가할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the work load evaluation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a sensor unit 110 , a data processing unit 130 , and a work load evaluation unit 150 , and the sensor unit 110 . ) includes an inertia measurement unit (IMU) 112 and a pressure sensor 114 . According to an embodiment, the sensor unit 110 may be implemented separately from the data processing unit 130 and the workload evaluation unit 150 . In this case, the sensor unit 110 is attached to the body of the worker to measure data, and the data processing unit 130 and the work load evaluation unit 150 are implemented in a terminal including a communication module and a processor to evaluate the work load. .

관성측정장치(IMU)(112)는 작업자의 신체에 부착되며, 해당 신체부위의 관성 데이터를 측정한다. 여기서, 관성 데이터는 3축 가속도(3-axis acceleration), 3축 각속도(3-axis angular velocity), 및 3축 지자기 데이터(3-axis geomagnetic data) 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 관성측정장치(IMU)(112)는 가속도 센서, 각속도 센서, 및 지자기 센서 중 적어도 하나를 포함한다. 실시예에 따라, 복수의 관성측정장치(IMU)(112)가 작업자의 복수의 신체부위에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타난 바와 같이, 복수의 관성측정장치(IMU)(112)는 작업자의 머리(112a), 가슴(112b), 허리(112c), 팔(112d 내지 112g), 또는 다리(112h 내지 112k)에 부착될 수 있다. 이 경우 관성측정장치(IMU)(112)는 작업자의 머리, 가슴, 허리, 팔, 다리 등에 부착될 수 있도록 모자, 밴드, 또는 패치에 결합된 형태로 마련될 수 있다.The inertial measurement unit (IMU) 112 is attached to the body of the operator, and measures inertia data of the corresponding body part. Here, the inertial data includes at least one of 3-axis acceleration, 3-axis angular velocity, and 3-axis geomagnetic data. That is, the inertial measurement unit (IMU) 112 includes at least one of an acceleration sensor, an angular velocity sensor, and a geomagnetic sensor. According to an embodiment, a plurality of inertial measurement units (IMUs) 112 may be attached to a plurality of body parts of an operator. For example, as shown in FIG. 2 , a plurality of inertial measurement units (IMUs) 112 are the operator's head 112a, chest 112b, waist 112c, arms 112d to 112g, or legs ( 112h to 112k). In this case, the inertial measurement unit (IMU) 112 may be provided in a form coupled to a hat, a band, or a patch so as to be attached to the operator's head, chest, waist, arms, legs, and the like.

압력센서(114)는 작업 시 가해지는 신체부위의 압력을 측정한다. 압력센서(114)는 작업 시 압력(즉, 하중)이 가해지는 신체부위에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타난 바와 같이, 압력센서(114)는 서서 하는 작업의 작업부담평가를 위해 인솔(insole)에 부착되어 작업자의 신발 안쪽에 설치된 채로 작업자의 양 발에 가해지는 압력(즉, 하중)을 측정할 수 있다(114a, 114b). 또한, 앉아서 하는 작업의 작업부담평가를 위해 패치에 결합되어 작업자의 엉덩이 부분(예컨대, 뒷주머니)에 부착된 채로 작업자의 양쪽 엉덩이에 가해지는 압력(즉, 하중)을 측정할 수도 있다. 이때 하나의 신체부위에 가해지는 압력을 측정하기 위하여 적어도 하나의 압력센서(114)가 사용될 수 있다. 즉, 상기 예에서, 서서 하는 작업의 작업부담평가를 수행하는 경우 각 인솔에 적어도 하나의 압력센서(114)가 부착될 수 있다.The pressure sensor 114 measures the pressure of the body part applied during work. The pressure sensor 114 may be attached to a body part to which pressure (ie, load) is applied during work. For example, as shown in FIG. 2 , the pressure sensor 114 is attached to the insole for evaluation of the workload of a standing job, and the pressure applied to both feet of the worker while being installed inside the worker's shoes (that is, , load) can be measured (114a, 114b). In addition, the pressure (ie, load) applied to both hips of the operator may be measured while attached to the patch and attached to the hip portion of the operator (eg, the back pocket) for evaluation of the workload of the sitting task. At this time, at least one pressure sensor 114 may be used to measure the pressure applied to one body part. That is, in the above example, at least one pressure sensor 114 may be attached to each insole in the case of performing a work load evaluation of a standing job.

데이터처리부(130)는 관성측정장치(IMU)(112)의 측정값을 이용하여 작업자의 인체 모델링을 구현하고, 작업부담평가부(150)가 인공신경망을 이용하여 작업하중의 위험 정도를 평가할 수 있도록 압력센서(114)의 측정값을 전처리한다.The data processing unit 130 implements the human body modeling of the worker using the measured values of the inertial measurement unit (IMU) 112, and the work load evaluation unit 150 evaluates the risk level of the work load using an artificial neural network. The measured value of the pressure sensor 114 is pre-processed so that

작업부담평가부(150)는 데이터처리부(130)가 구현한 인체 모델링을 이용하여 작업자세에 의한 작업부담을 평가하고, 전처리된 압력센서(114)의 측정값을 이용하여 작업하중에 의한 작업부담을 평가한다. 작업자세에 의한 작업부담의 평가 방법론으로는, 예를 들어, OWAS(Ovako Work Posture Assessment System), REBA(Rapid Entire Body Assessment), RULA(Rapid Upper Limb Assessment), AWBA(Agricultural Whole Body Assessment), 및 Cube 방법 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있으며, 복수의 평가 방법론을 적용하여 각각의 방법론에 따른 작업부담평가 결과를 산출할 수도 있다.The work load evaluation unit 150 evaluates the work load due to the working posture using the human body modeling implemented by the data processing unit 130, and the work load due to the work load using the measured value of the pre-processed pressure sensor 114 . evaluate As a methodology for evaluating work load by working posture, for example, Ovako Work Posture Assessment System (OWAS), Rapid Entire Body Assessment (REBA), Rapid Upper Limb Assessment (RULA), Agricultural Whole Body Assessment (AWBA), and At least any one of the Cube methods may be used, and a plurality of evaluation methodologies may be applied to calculate the work load evaluation result according to each methodology.

이하에서는, 도 3을 참조하여 인체 모델링 구현에 관하여 설명하고, 도 4를 참조하여 작업하중에 의한 작업부담평가에 관하여 설명하고, 도 5 내지 도 7을 참조하여 작업부담평가부(150)가 평가 방법론을 적용하여 작업자세에 의한 작업부담을 평가하는 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, the human body modeling implementation will be described with reference to FIG. 3 , the work load evaluation by the work load will be described with reference to FIG. 4 , and the work load evaluation unit 150 evaluated with reference to FIGS. 5 to 7 . We will explain how to apply the methodology to evaluate the workload caused by the working posture.

도 3은 관성측정장치의 측정값으로부터 인체 모델링을 구현하는 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of implementing human body modeling from measurement values of the inertial measurement device.

도 3을 참조하면, 먼저 데이터처리부(130)는 관성측정장치(IMU)(112)로부터 측정값을 수신한다(S310). 상술한 바와 같이, 관성측정장치(IMU)(112)의 측정값은 관성측정장치(IMU)(112)가 부착된 신체부위의 3축 가속도, 3축 각속도, 및 3축 지자기 데이터 중 적어도 하나를 포함한다.Referring to FIG. 3 , first, the data processing unit 130 receives a measurement value from the inertial measurement unit (IMU) 112 ( S310 ). As described above, the measured value of the inertial measurement unit (IMU) 112 is at least one of 3-axis acceleration, 3-axis angular velocity, and 3-axis geomagnetic data of the body part to which the inertial measurement device (IMU) 112 is attached. include

다음으로, 데이터처리부(130)는 보상 알고리즘을 이용하여 관성측정장치(IMU)(112)의 측정값을 보상하고, 각 센서 별 쿼터니언(quaternion) 상대각도를 산출한다(S330). 예를 들어, Madgwick 필터 알고리즘을 이용하여 관성측정장치(IMU)(112)에 포함된 각속도 센서의 드리프트(drift) 현상을 보상하여 각 센서 별 쿼터니언 상대각도를 산출한다.Next, the data processing unit 130 compensates the measured value of the inertial measurement unit (IMU) 112 using a compensation algorithm, and calculates a quaternion relative angle for each sensor ( S330 ). For example, a quaternion relative angle is calculated for each sensor by compensating for a drift phenomenon of the angular velocity sensor included in the inertial measurement unit (IMU) 112 using the Madgwick filter algorithm.

다음으로, 데이터처리부(130)는 보상된 각 센서 별 상대각도를 쿼터니언 회전 변환하여 관성측정장치(IMU)(112)의 쿼터니언 및 오일러 3축 정렬 각도를 산출하는 데이터 보정(calibration) 작업을 수행한다(S350).Next, the data processing unit 130 converts the compensated relative angle for each sensor into a quaternion rotation to calculate the quaternion and Euler triaxial alignment angles of the inertial measurement unit (IMU) 112. Perform a data calibration (calibration) operation. (S350).

다음으로, 데이터처리부(130)는 관성측정장치(IMU)(112) 쿼터니언 및 오일러 3축 정렬 각도를 이용하여 복수의 관성측정장치(IMU)(112)들의 상대각도를 산출한다. 이때 복수의 관성측정장치(IMU)(112)들의 상대각도는 쿼터니언 2개를 사용하여 계산될 수 있다(S370).Next, the data processing unit 130 calculates the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs) 112 using the quaternion and Euler triaxial alignment angles of the inertial measurement unit (IMU) 112 . In this case, the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs) 112 may be calculated using two quaternions (S370).

마지막으로, 복수의 관성측정장치(IMU)(112)들의 상대각도를 이용하여 작업자의 인체 모델링을 구현한다(S390). 예를 들어 복수의 관성측정장치(IMU)(112)가 도 2와 같이 작업자의 신체에 부착되어 있는 경우, 112a 및 112b의 상대각도를 이용하여 작업자의 목 각도를 계산하고, 112b 및 112c의 상대각도를 이용하여 작업자의 몸통각도를 계산할 수 있다. 또한 112b 및 112d의 상대각도를 이용하여 작업자의 오른팔 상완 각도를 계산할 수 있고, 112d 및 112e의 상대각도를 이용하여 작업자의 오른팔 하완 각도를 계산할 수 있다. 또한 112b 및 112f의 상대각도를 이용하여 작업자의 왼팔 상완 각도를 계산할 수 있고, 112f 및 112g의 상대각도를 이용하여 작업자의 왼팔 하완 각도를 계산할 수 있다. 한편, 112c 및 112h의 상대각도를 이용하여 작업자의 오른쪽 골반 각도를 계산할 수 있고, 112c 및 112j의 상대각도를 이용하여 작업자의 왼쪽 골반 각도를 계산할 수 있다. 또한 112h 및 112i의 상대각도를 이용하여 작업자의 오른쪽 무릎 각도를 계산할 수 있고, 112j 및 112k의 상대각도를 이용하여 작업자의 왼쪽 무릎 각도를 계산할 수 있다.Finally, the human body modeling of the operator is implemented using the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs) 112 (S390). For example, when a plurality of inertial measurement units (IMUs) 112 are attached to the body of the operator as shown in FIG. 2 , the angle of the neck of the operator is calculated using the relative angles of 112a and 112b, and the relative angles of 112b and 112c are used. The angle can be used to calculate the angle of the operator's torso. In addition, the angle of the upper arm of the operator's right arm can be calculated using the relative angles of 112b and 112d, and the angle of the lower arm of the operator's right arm can be calculated using the relative angles of 112d and 112e. In addition, the angle of the upper arm of the operator's left arm can be calculated using the relative angles of 112b and 112f, and the angle of the lower arm of the operator's left arm can be calculated using the relative angles of 112f and 112g. Meanwhile, the right pelvis angle of the operator may be calculated using the relative angles of 112c and 112h, and the left pelvis angle of the operator may be calculated using the relative angles of 112c and 112j. In addition, the operator's right knee angle may be calculated using the relative angles of 112h and 112i, and the operator's left knee angle may be calculated using the relative angles of 112j and 112k.

도 4는 압력센서의 측정값으로부터 작업하중의 위험도를 판단하는 방법을 나타낸 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of determining the degree of risk of a working load from a measurement value of a pressure sensor.

도 4를 참조하면, 먼저 데이터처리부(130)는 압력센서(114)로부터 측정값을 수신한다. 상술한 바와 같이, 압력센서(114)의 측정값은 압력센서(114)가 부착된 신체부위에 가해지는 압력(즉, 하중) 데이터이다.Referring to FIG. 4 , first, the data processing unit 130 receives a measurement value from the pressure sensor 114 . As described above, the measured value of the pressure sensor 114 is pressure (ie, load) data applied to the body part to which the pressure sensor 114 is attached.

다음으로, 데이터처리부(130)는 작업부담평가부(150)가 인공신경망을 이용하여 작업하중의 위험 정도를 평가할 수 있도록 압력센서(114)의 측정값을 전처리한다(S430). 구체적으로, 수신한 압력 데이터를 정규화하고, 훈련 세트와 테스트 세트로 분류한다. 이때 압력센서(114)의 측정값뿐만 아니라 전문가들의 각 동작 별 평가 결과 데이터를 추가로 수집하여 테스트 세트로 활용할 수 있다. 훈련 세트에 대해서는 윈도우 분할 방법(window segmentation method)을 사용하여 특징점(feature)을 추출한다. 이후 MI-FS(mutual information - forward feature selection)에 따라 각 특징점들의 랭크(rank)를 계산하고, 이를 기반으로 인공신경망의 훈련에 사용될 특징점을 선택한다. MI-FS는 2단계의 특징점 선택 방법으로서 MI 또는 FS만을 사용하였을 때보다 정확도 높은 예측 결과를 도출할 수 있다.Next, the data processing unit 130 pre-processes the measured value of the pressure sensor 114 so that the work load evaluation unit 150 can evaluate the degree of risk of the work load using the artificial neural network (S430). Specifically, the received pressure data is normalized and classified into a training set and a test set. At this time, not only the measured value of the pressure sensor 114 but also the evaluation result data for each operation by experts can be additionally collected and used as a test set. For the training set, feature points are extracted using a window segmentation method. Thereafter, the rank of each feature point is calculated according to MI-FS (mutual information-forward feature selection), and a feature point to be used for training the artificial neural network is selected based on this. MI-FS is a two-step feature point selection method and can derive prediction results with higher accuracy than when only MI or FS is used.

다음으로, 작업부담평가부(150)는 인공신경망 모델을 이용하여 작업하중에 의한 작업부담을 평가한다(S450). 인공신경망은 압력센서의 측정값을 이용하여 저위험(low risk)(S471), 가능한 위험(possible risk)(S473), 및 고위험(high risk)(S475)의 3가지 유형으로 작업하중에 의한 작업부담을 출력한다.Next, the work load evaluation unit 150 evaluates the work load due to the work load using the artificial neural network model (S450). The artificial neural network uses the measurement value of the pressure sensor to work with three types of work load: low risk (S471), possible risk (S473), and high risk (S475). print the burden

한편, 상술한 바와 같이, 작업부담평가부(150)는 데이터처리부(130)가 구현한 인체 모델링을 이용하여 작업자세에 의한 작업부담을 평가한다. 이때 작업부담평가부(150)는 위에서 나열한 평가 방법론을 적용하여 작업자세에 의한 작업부담을 평가할 수 있으며, 이하에서는 그 예시로서 OWAS 방법, AWBA 방법, Cube 방법에 대하여 간략하게 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 작업부담평가 장치(100)는 이러한 평가 방법론을 자동으로 그리고 실시간으로 적용함으로써 종래의 평가자의 수기에 의한 평가 방법에 비하여 정확하고 편의성 있는 평가가 가능하다.On the other hand, as described above, the work load evaluation unit 150 evaluates the work load due to the working posture using the human body modeling implemented by the data processing unit 130 . At this time, the work load evaluation unit 150 can evaluate the work load by the working posture by applying the evaluation methodologies listed above, and the OWAS method, the AWBA method, and the Cube method will be briefly described below as examples. The work load evaluation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention automatically and real-time application of this evaluation methodology enables accurate and convenient evaluation compared to a conventional evaluation method by hand of an evaluator.

도 5는 OWAS 방법의 작업부담평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining a work load evaluation method of the OWAS method.

OWAS 방법은, 일반적으로, 국제적으로 가장 많이 사용되는 작업부담평가 방법으로서, 작업 중 한 시점을 기준으로 작업부담을 평가하는 방법론이다. 전술한 바와 같이, OWAS 방법은 관찰자적 평가 방법으로서 훈련된 평가자가 작업장에서 작업을 실제로 보거나 장시간 작업을 기록한 영상을 시청하고, 사전 설정된 시트(sheet)를 수기로 작성함으로써 이루어진다. 정확한 평가를 위하여는 1초에 1회씩 평가해야 하지만, 실질적으로는 인력의 부족으로 인해 10분에 1회씩 평가한다.The OWAS method is, in general, the most widely used work load assessment method internationally. As described above, the OWAS method is an observational evaluation method, and a trained evaluator actually sees the work in the workplace or watches an image recorded for a long time, and writes a preset sheet by hand. For accurate evaluation, evaluation should be performed once per second, but in reality, evaluation is performed once every 10 minutes due to the lack of manpower.

도 5를 참조하면, OWAS 방법은 먼저 허리, 팔, 다리에 대하여 작업자세에 따른 점수를 산정하고, 평가된 점수를 OWAS 카테고리에 적용하여 최종적으로 1 내지 4단계의 위험도 평가결과를 도출한다.Referring to FIG. 5 , the OWAS method first calculates scores according to the working posture for the waist, arms, and legs, and applies the evaluated scores to the OWAS category to finally derive the risk assessment results of steps 1 to 4.

본 발명의 일 실시예에 따른 작업부담평가 장치(100)에서, 작업부담평가부(150)는 데이터처리부(130)가 구현한 인체 모델링을 이용하여 OWAS 방법에 따라 작업자세에 따른 점수를 산정하고, 작업하중을 함께 고려하여 OWAS 카테고리에 적용하고 위험도 평가결과를 도출할 수 있다.In the work load evaluation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the work load evaluation unit 150 calculates a score according to the working posture according to the OWAS method using the human body modeling implemented by the data processing unit 130, and , it is possible to apply the OWAS category by considering the working load together and derive the risk assessment result.

도 6은 AWBA 방법의 작업부담평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a work load evaluation method of the AWBA method.

AWBA 방법은 대한민국의 농업 특성을 고려하여 대한민국 농민의 작업부담을 평가할 목적으로 개발된 작업부담평가 방법으로서, OWAS 방법과 마찬가지로 작업 중 한 시점을 기준으로 작업부담을 평가하는 방법론이다. AWBA 방법은 관찰자적 평가 방법으로서 훈련된 평가자가 작업장에서 작업을 실제로 보거나 장시간 작업을 기록한 영상을 시청하고, 사전 설정된 시트(sheet)를 수기로 작성함으로써 이루어진다. 정확한 평가를 위하여는 1초에 1회씩 평가해야 하지만, 실질적으로는 인력의 부족으로 인해 10분에 1회씩 평가한다.The AWBA method is a work load evaluation method developed for the purpose of evaluating the work load of Korean farmers in consideration of the agricultural characteristics of Korea. Like the OWAS method, the AWBA method evaluates the work load based on one point during the work. The AWBA method is an observational evaluation method, and a trained evaluator actually sees the work in the workplace or watches a video recorded for a long time, and writes a preset sheet by hand. For accurate evaluation, evaluation should be performed once per second, but in reality, evaluation is performed once every 10 minutes due to the lack of manpower.

도 6을 참조하면, AWBA 방법은 먼저 작업자의 작업자세를 기준으로 AULA 방법, ALLA 방법에 따라 위험도(risk level)를 평가하고, 이를 AWBA 표에 적용하여 최종적으로 1 내지 4단계의 위험도 평가결과를 도출한다.Referring to FIG. 6 , the AWBA method first evaluates the risk level according to the AULA method and the ALLA method based on the working posture of the worker, and applies this to the AWBA table to finally obtain the risk evaluation results of steps 1 to 4 derive

본 발명의 일 실시예에 따른 작업부담평가 장치(100)에서, 작업부담평가부(150)는 데이터처리부(130)가 구현한 인체 모델링을 이용하여 AWBA 방법에 따라 AULA, ALLA에 따른 위험도를 평가하고, AWBA 표에 따라 위험도 평가결과를 도출할 수 있다.In the work load evaluation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the work load evaluation unit 150 evaluates the risk according to AULA and ALLA according to the AWBA method using the human body modeling implemented by the data processing unit 130 . and the risk assessment result can be derived according to the AWBA table.

도 7은 Cube 방법의 작업부담평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a work load evaluation method of the Cube method.

Cube 방법은 작업부담을 발생시키는 3가지 주요 요인(즉, 작업자세, 작업시간, 작업하중)을 모두 고려하는 작업부담평가 방법으로서, 작업의 한 시점을 기준으로 평가하는 것이 아니라 지속적으로 수행되는 작업을 평가하는 동적 작업부담평가 방법론이다.The Cube method is a work load evaluation method that considers all three major factors that cause work load (ie, working posture, work time, and work load). It is a dynamic workload evaluation methodology that evaluates

도 7을 참조하면, Cube 방법은 먼저 수행한 작업을 작업내용 또는 작업동작에 따라 세부작업으로 분류한다. 그리고 세부작업을 도 7의 표에 따라 평가하는데, 여기서 작업시간은 총 작업시간 중 해당 세부작업을 수행한 시간을 백분율로 환산하여 평가하며, 작업하중은 정성적 기준에 따라 평가한다.Referring to FIG. 7 , the Cube method classifies a previously performed task into detailed tasks according to task contents or task actions. And the detailed work is evaluated according to the table of FIG. 7, where the working time is evaluated by converting the time for performing the corresponding detailed work among the total working hours into a percentage, and the working load is evaluated according to a qualitative standard.

본 발명의 일 실시예에 따른 작업부담평가 장치(100)에서, 작업부담평가부(150)는 데이터처리부(130)가 구현한 인체 모델링 및 작업하중을 이용하여 Cube 방법에 따라 수행한 작업을 세부작업으로 분류하고, 작업부담을 평가할 수 있다. 이때, 작업하중의 경우 종래의 작업자의 수기에 의한 평가와 달리 정성적 기준이 아닌 인공신경망을 이용하여 정량적 평가를 할 수 있다.In the work load evaluation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the work load evaluation unit 150 uses the human body modeling and work load implemented by the data processing unit 130 to detail the work performed according to the Cube method. It can be classified as a task and the workload can be evaluated. In this case, in the case of work load, quantitative evaluation can be performed using an artificial neural network rather than a qualitative criterion, unlike the conventional manual evaluation of workers.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 작업부담평가 방법의 순서도이다.8 is a flowchart of a work load evaluation method according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 먼저 작업자의 제1 신체부위에 복수의 관성측정장치(IMU)(112)를 부착하고, 제2 신체부위에 적어도 하나의 압력센서(114)를 부착한다(S810). 복수의 관성측정장치(IMU)(112)는, 예를 들어, 작업자의 머리, 가슴, 허리, 팔, 또는 다리에 부착될 수 있으며, 적어도 하나의 압력센서(114)는, 예를 들어, 인솔(insole)에 부착되어 작업자의 신발 안쪽에 설치되거나 패치에 결합되어 작업자의 엉덩이 부분(예컨대, 뒷주머니)에 부착될 수 있다.Referring to FIG. 8 , first, a plurality of inertial measurement units (IMUs) 112 are attached to a first body part of an operator, and at least one pressure sensor 114 is attached to a second body part (S810). The plurality of inertial measurement units (IMUs) 112 may be attached to, for example, the operator's head, chest, waist, arm, or leg, and at least one pressure sensor 114 may be, for example, an insole. It may be attached to the (insole) and installed on the inside of the worker's shoes, or may be coupled to the patch and attached to the worker's buttocks (eg, back pocket).

다음으로, 복수의 관성측정장치(IMU)가 제1 신체부위의 관성 데이터를 측정하고, 적어도 하나의 압력센서가 작업 시 가해지는 상기 제2 신체부위의 압력을 측정한다(S830). 예를 들어, 복수의 관성측정장치(IMU)(112)는 제1 신체부위의 3축 가속도(3-axis acceleration), 3축 각속도(3-axis angular velocity), 및 3축 지자기 데이터(3-axis geomagnetic data) 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.Next, a plurality of inertial measurement units (IMUs) measure the inertia data of the first body part, and at least one pressure sensor measures the pressure of the second body part applied during operation (S830). For example, the plurality of inertial measurement units (IMUs) 112 may include 3-axis acceleration, 3-axis angular velocity, and 3-axis geomagnetic data 3 - of the first body part. axis geomagnetic data) can be measured.

다음으로, 관성측정장치(IMU)(112)의 측정값으로부터 인체 모델링을 구현하고, 압력센서(114)의 측정값을 전처리한다(S850).Next, the human body modeling is implemented from the measured value of the inertial measurement unit (IMU) 112 and the measured value of the pressure sensor 114 is pre-processed (S850).

구체적으로, 관성측정장치(IMU)(112)의 측정값은 보상 알고리즘을 이용하여 보상될 수 있고, 각 센서 별 쿼터니언(quaternion) 상대각도가 산출될 수 있다. 보상된 각 센서 별 상대각도를 쿼터니언 회전 변환함으로써 관성측정장치(IMU)(112)의 쿼터니언 및 오일러 3축 정렬 각도를 산출하는 보정(calibration) 작업이 수행될 수 있다. 또한 관성측정장치(IMU)(112) 쿼터니언 및 오일러 3축 정렬 각도를 이용하여 복수의 관성측정장치(IMU)(112)들의 상대각도가 산출되고, 복수의 관성측정장치(IMU)(112)들의 상대각도를 이용하여 작업자의 인체 모델링이 구현될 수 있다.Specifically, the measured value of the inertial measurement unit (IMU) 112 may be compensated using a compensation algorithm, and a quaternion relative angle for each sensor may be calculated. A calibration operation of calculating the quaternion and Euler triaxial alignment angles of the inertial measurement unit (IMU) 112 may be performed by converting the compensated relative angles for each sensor into a quaternion rotation. In addition, the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs) 112 are calculated using the quaternion and Euler triaxial alignment angles of the inertial measurement unit (IMU) 112, and the The human body modeling of the operator may be implemented using the relative angle.

한편, 압력센서(114)로부터 수신한 압력 데이터는 정규화되고, 훈련 세트와 테스트 세트로 분류된다. 이때 압력센서(114)의 측정값뿐만 아니라 전문가들의 각 동작 별 평가 결과 데이터가 추가로 수집되어 테스트 세트로 활용될 수 있다. 훈련 세트에 대해서는 윈도우 분할 방법(window segmentation method)을 사용하여 특징점(feature)을 추출할 수 있다. 이후 MI-FS(mutual information - forward feature selection)에 따라 각 특징점들의 랭크(rank)를 계산하고, 이를 기반으로 인공신경망의 훈련에 사용될 특징점을 선택할 수 있다.Meanwhile, the pressure data received from the pressure sensor 114 is normalized and classified into a training set and a test set. At this time, not only the measured value of the pressure sensor 114 but also the evaluation result data for each operation by experts may be additionally collected and used as a test set. For the training set, feature points can be extracted using a window segmentation method. Thereafter, the rank of each feature point is calculated according to mutual information-forward feature selection (MI-FS), and a feature point to be used for training the artificial neural network can be selected based on this.

다음으로, 작업자세에 의한 작업부담평가 및 작업하중에 의한 작업부담평가를 수행한다(S870).Next, the work load evaluation by the working posture and the work load evaluation by the work load are performed (S870).

작업자세에 의한 작업부담평가는, 예를 들어, OWAS(Ovako Work Posture Assessment System), REBA(Rapid Entire Body Assessment), RULA(Rapid Upper Limb Assessment), AWBA(Agricultural Whole Body Assessment), 및 Cube 방법 중 적어도 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있으며, 복수의 평가 방법론을 적용하여 각각의 방법론에 따른 작업부담평가 결과를 산출할 수도 있다.Work burden assessment by working posture is, for example, OWAS (Ovako Work Posture Assessment System), REBA (Rapid Entire Body Assessment), RULA (Rapid Upper Limb Assessment), AWBA (Agricultural Whole Body Assessment), and Cube methods. It may be performed using at least one, and a plurality of evaluation methodologies may be applied to calculate a work load evaluation result according to each method.

한편, 작업하중에 의한 작업부담은 인공신경망 모델을 이용하여 평가될 수 있다. 인공신경망은 압력센서(114)의 측정값을 이용하여 저위험(low risk), 가능한 위험(possible risk), 및 고위험(high risk)의 3가지 유형으로 작업하중에 의한 작업부담을 출력할 수 있다.On the other hand, the work load caused by the work load can be evaluated using an artificial neural network model. The artificial neural network can output the work load due to the work load in three types of low risk, possible risk, and high risk using the measured value of the pressure sensor 114 . .

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 작업부담평가 장치 및 방법을 적용하여 수행한 실험결과이다.9 is an experimental result performed by applying the work load evaluation apparatus and method according to the embodiments of the present invention.

본 발명의 실시예들에 따른 작업부담평가 장치 및 방법을 적용하여 종래기술과의 비교 실험을 수행하였다. 실험은 작업자가 신체에 센서를 부착하고, 11가지의 대표적인 농작업에서 22가지의 동작을 수행할 때 본 발명의 실시예들에 따른 작업부담평가 장치 및 방법에 의한 작업부담평가 결과와 2인의 관찰자가, 종래기술 중 가장 많이 사용되는, OWAS 방법에 따라 수행한 작업부담평가 결과를 비교하였다.A comparative experiment with the prior art was performed by applying the work load evaluation apparatus and method according to the embodiments of the present invention. In the experiment, when a worker attaches a sensor to the body and performs 22 operations in 11 representative agricultural operations, the results of the workload assessment by the apparatus and method for assessing workload according to the embodiments of the present invention and two observers A, the results of the workload evaluation performed according to the OWAS method, which is the most used among the prior art, were compared.

도 9의 표에서, 음영으로 표시된 셀은 관찰자의 평가 결과와 본 발명의 실시예들에 따른 작업부담평가 장치 및 방법을 적용한 평가 결과가 일치하는 것을 나타낸 것이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 작업부담평가 장치 및 방법의 평가 결과는 2인의 평가자가 평가한 결과와 모두 동일하거나 1인의 평가 결과와 동일하다. 반면, 전체 22개 중 7개의 동작에서 2인의 관찰자의 평가 결과가 서로 상이한 것으로 나타났는데, 이는 종래의 관찰자적 평가 방법의 한계점으로 인한 것이다. 즉, 작업자를 바라보는 각도에 따라 평가자의 평가 결과에 차이가 발생하고, 작업자의 주관이 반영되는 정성적인 평가로 인한 것이다. 본 발명의 실시예들에 따른 작업부담평가 장치 및 방법은 정량적으로 인체의 관절 각도를 계산하고 작업부담을 평가하기 때문에 재연성이 높고, 신뢰도가 높으며, 편의성이 높다.In the table of FIG. 9 , shaded cells indicate that the evaluation result of the observer matches the evaluation result applied with the work load evaluation apparatus and method according to the embodiments of the present invention. Referring to FIG. 9 , the evaluation results of the work load evaluation apparatus and method according to embodiments of the present invention are the same as the evaluation results of two evaluators or the same as the evaluation results of one person. On the other hand, evaluation results of two observers were found to be different from each other in 7 movements out of 22, which is due to a limitation of the conventional observer evaluation method. That is, a difference occurs in the evaluation result of the evaluator depending on the angle from which the operator is viewed, and this is due to the qualitative evaluation in which the operator's subjectivity is reflected. The work load evaluation apparatus and method according to the embodiments of the present invention quantitatively calculates the joint angle of the human body and evaluates the work load, so the reproducibility is high, the reliability is high, and the convenience is high.

전술한 본 발명에 따른 작업부담평가 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.The above-described work load assessment method according to the present invention may be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes any type of recording medium in which data that can be read by a computer system is stored. For example, there may be a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a magnetic tape, a magnetic disk, a flash memory, an optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed in computer systems connected through a computer communication network, and stored and executed as readable codes in a distributed manner.

이상에서 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the drawings and embodiments, it does not mean that the protection scope of the present invention is limited by the drawings or embodiments, and those skilled in the art will appreciate the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the scope thereof.

100: 작업부담평가 장치
110: 센서부
112: 관성측정장치(IMU)
114: 압력센서
130: 데이터처리부
150: 작업부담평가부
100: work load evaluation device
110: sensor unit
112: inertial measurement unit (IMU)
114: pressure sensor
130: data processing unit
150: work load evaluation department

Claims (19)

작업자의 제1 신체부위에 부착되며, 상기 제1 신체부위의 관성 데이터를 측정하는 복수의 관성측정장치(IMU, Inertia Measurement Unit);
상기 작업자의 제2 신체부위에 부착되며, 작업 시 가해지는 상기 제2 신체부위의 압력을 측정하는 적어도 하나의 압력센서;
상기 측정한 관성 데이터를 이용하여 상기 작업자의 인체 모델링을 구현하고, 상기 압력 측정값을 전처리하는 데이터처리부; 및
상기 인체 모델링을 이용하여 작업자세에 의한 작업부담을 평가하고, 상기 전처리된 압력 측정값을 이용하여 작업하중에 의한 작업부담을 평가하는 작업부담평가부를 포함하는, 작업부담평가 장치.
a plurality of inertia measurement units (IMUs) attached to a first body part of an operator and measuring inertia data of the first body part;
at least one pressure sensor attached to the second body part of the worker and measuring the pressure of the second body part applied during work;
a data processing unit that implements human body modeling of the operator using the measured inertia data and pre-processes the pressure measurement value; and
and a work load evaluation unit for evaluating the work load due to the work posture using the human body modeling and evaluating the work load due to the work load using the pre-processed pressure measurement value.
제1항에 있어서,
상기 관성 데이터는
3축 가속도(3-axis acceleration), 3축 각속도(3-axis angular velocity), 및 3축 지자기 데이터(3-axis geomagnetic data) 중 적어도 하나를 포함하는, 작업부담평가 장치.
According to claim 1,
The inertial data is
A workload assessment device comprising at least one of 3-axis acceleration, 3-axis angular velocity, and 3-axis geomagnetic data.
제1항에 있어서,
상기 제1 신체부위는
상기 작업자의 머리, 가슴, 허리, 팔, 및 다리 중 적어도 하나를 포함하는, 작업부담평가 장치.
According to claim 1,
The first body part is
A work load evaluation device comprising at least one of the worker's head, chest, waist, arm, and leg.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 압력센서는
인솔(insole)에 부착되어 상기 작업자의 신발 안쪽에 설치되는, 작업부담평가 장치.
According to claim 1,
the at least one pressure sensor
A work load evaluation device that is attached to the insole and installed inside the worker's shoes.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 압력센서는
패치에 결합되어 상기 작업자의 엉덩이 부분에 부착되는, 작업부담평가 장치.
According to claim 1,
the at least one pressure sensor
Combined with the patch and attached to the buttocks of the worker, the work load evaluation device.
제1항에 있어서,
상기 데이터처리부는
보상 알고리즘을 이용하여 상기 관성 데이터 측정값을 보상하고, 각 관성측정장치(IMU) 별 쿼터니언(quaternion) 상대각도를 산출하고,
상기 각 관성측정장치(IMU) 별 상대각도를 쿼터니언 회전 변환하여 상기 각 관성측정장치(IMU)의 쿼터니언 및 오일러 3축 정렬 각도를 산출하는 데이터 보정(calibration) 작업을 수행하고,
상기 각 관성측정장치(IMU)의 쿼터니언 및 상기 오일러 3축 정렬 각도를 이용하여 상기 복수의 관성측정장치(IMU)의 상대각도를 산출하고, 그리고
상기 복수의 관성측정장치(IMU)의 상대각도를 이용하여 상기 작업자의 상기 인체 모델링을 구현하는, 작업부담평가 장치.
According to claim 1,
The data processing unit
Compensating the measured value of the inertial data using a compensation algorithm, calculating a relative angle of a quaternion for each inertial measurement unit (IMU),
Quaternion rotation conversion of the relative angle for each inertial measurement unit (IMU) to calculate the quaternion and Euler triaxial alignment angle of each inertial measurement unit (IMU) performs a data calibration (calibration) work,
Calculating the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs) using the quaternion and the Euler triaxial alignment angle of each inertial measurement unit (IMU), and
A work load evaluation device for implementing the human body modeling of the operator by using the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs).
제1항에 있어서,
상기 데이터처리부는
수신한 상기 압력 데이터를 정규화하고, 훈련 세트와 테스트 세트로 분류하고,
상기 훈련 세트에 대해서 윈도우 분할 방법(window segmentation method)을 사용하여 특징점(feature)을 추출하고, 그리고
MI-FS(mutual information - forward feature selection)에 따라 각 특징점들의 랭크(rank)를 계산하고, 상기 랭크를 기반으로 특징점을 선택함으로써 상기 전처리를 수행하는, 작업부담평가 장치.
According to claim 1,
The data processing unit
Normalize the received pressure data and classify it into a training set and a test set,
extracting features using a window segmentation method for the training set, and
A work load evaluation apparatus for calculating a rank of each feature point according to mutual information-forward feature selection (MI-FS), and performing the preprocessing by selecting a feature point based on the rank.
제1항에 있어서,
상기 작업부담평가부는
상기 인체 모델링을 이용하여, OWAS(Ovako Work Posture Assessment System), REBA(Rapid Entire Body Assessment), RULA(Rapid Upper Limb Assessment), AWBA(Agricultural Whole Body Assessment), 및 Cube 방법 중 적어도 하나의 방법론에 따라 상기 작업자세에 의한 작업부담을 평가하는, 작업부담평가 장치.
According to claim 1,
The work load evaluation unit
Using the human body modeling, according to at least one methodology of OWAS (Ovako Work Posture Assessment System), REBA (Rapid Entire Body Assessment), RULA (Rapid Upper Limb Assessment), AWBA (Agricultural Whole Body Assessment), and Cube method A work load evaluation device that evaluates the work load by the work posture.
제1항에 있어서,
상기 작업부담평가부는 인공신경망 모델을 이용하여 상기 작업하중에 의한 작업부담을 평가하고,
상기 인공신경망 모델은 상기 압력 측정값을 이용하여 저위험(low risk), 가능한 위험(possible risk), 및 고위험(high risk)의 3가지 유형 중 어느 하나로 작업하중에 의한 작업부담 평가 결과를 출력하는, 작업부담평가 장치.
According to claim 1,
The work load evaluation unit evaluates the work load due to the work load using an artificial neural network model,
The artificial neural network model outputs the work load evaluation result by the work load in any one of three types of low risk, possible risk, and high risk using the pressure measurement value. , a work load assessment device.
작업자의 제1 신체부위에 복수의 관성측정장치(IMU, Inertia Measurement Method)를 부착하고, 상기 작업자의 제2 신체부위에 적어도 하나의 압력센서를 부착하는 단계;
상기 복수의 관성측정장치(IMU)가 상기 제1 신체부위의 관성 데이터를 측정하고, 상기 적어도 하나의 압력센서가 작업 시 가해지는 상기 제2 신체부위의 압력을 측정하는 단계;
상기 측정한 관성 데이터를 이용하여 상기 작업자의 인체 모델링을 구현하고, 상기 압력 측정값을 전처리하는 단계; 및
상기 인체 모델링을 이용하여 작업자세에 의한 작업부담을 평가하고, 상기 전처리된 압력 측정값을 이용하여 작업하중에 의한 작업부담을 평가하는 단계를 포함하는, 작업부담평가 방법.
attaching a plurality of inertia measurement devices (IMUs) to a first body part of an operator, and attaching at least one pressure sensor to a second body part of the operator;
measuring, by the plurality of inertial measurement units (IMUs), inertial data of the first body part, and measuring, by the at least one pressure sensor, the pressure of the second body part applied during operation;
implementing human body modeling of the operator using the measured inertia data, and pre-processing the pressure measurement value; and
Evaluating the workload due to the working posture using the human body modeling, and evaluating the workload due to the working load using the pre-processed pressure measurement value.
제10항에 있어서,
상기 관성 데이터는
3축 가속도(3-axis acceleration), 3축 각속도(3-axis angular velocity), 및 3축 지자기 데이터(3-axis geomagnetic data) 중 적어도 하나를 포함하는, 작업부담평가 방법.
11. The method of claim 10,
The inertial data is
A workload assessment method comprising at least one of 3-axis acceleration, 3-axis angular velocity, and 3-axis geomagnetic data.
제10항에 있어서,
상기 제1 신체부위는
상기 작업자의 머리, 가슴, 허리, 팔, 및 다리 중 적어도 하나를 포함하는, 작업부담평가 방법.
11. The method of claim 10,
The first body part is
Including at least one of the worker's head, chest, waist, arm, and leg, the work load assessment method.
제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 압력센서는
인솔(insole)에 부착되어 상기 작업자의 신발 안쪽에 설치되는, 작업부담평가 방법.
11. The method of claim 10,
the at least one pressure sensor
A work load assessment method that is attached to an insole and installed inside the worker's shoes.
제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 압력센서는
패치에 결합되어 상기 작업자의 엉덩이 부분에 부착되는, 작업부담평가 방법.
11. The method of claim 10,
the at least one pressure sensor
It is coupled to the patch and attached to the buttocks of the worker, the work load evaluation method.
제10항에 있어서,
상기 인체 모델링을 구현하는 단계는
보상 알고리즘을 이용하여 상기 관성 데이터 측정값을 보상하고, 각 관성측정장치(IMU) 별 쿼터니언(quaternion) 상대각도를 산출하는 단계;
상기 각 관성측정장치(IMU) 별 상대각도를 쿼터니언 회전 변환하여 상기 각 관성측정장치(IMU)의 쿼터니언 및 오일러 3축 정렬 각도를 산출하는 데이터 보정(calibration) 작업을 수행하는 단계;
상기 각 관성측정장치(IMU)의 쿼터니언 및 상기 오일러 3축 정렬 각도를 이용하여 상기 복수의 관성측정장치(IMU)의 상대각도를 산출하는 단계; 및
상기 복수의 관성측정장치(IMU)의 상대각도를 이용하여 상기 작업자의 상기 인체 모델링을 구현하는 단계를 포함하는, 작업부담평가 방법.
11. The method of claim 10,
The step of implementing the human body modeling is
compensating for the measured value of the inertial data using a compensation algorithm, and calculating a quaternion relative angle for each inertial measurement unit (IMU);
performing a data calibration operation of calculating a quaternion and Euler triaxial alignment angle of each inertial measurement unit (IMU) by converting the relative angle of each inertial measurement unit (IMU) into a quaternion rotation;
calculating the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs) using the quaternion and the Euler triaxial alignment angles of the respective inertial measurement units (IMUs); and
and implementing the human body modeling of the operator by using the relative angles of the plurality of inertial measurement units (IMUs).
제10항에 있어서,
상기 압력 측정값을 전처리하는 단계는
수신한 상기 압력 데이터를 정규화하고, 훈련 세트와 테스트 세트로 분류하는 단계;
상기 훈련 세트에 대해서 윈도우 분할 방법(window segmentation method)을 사용하여 특징점(feature)을 추출하는 단계; 및
MI-FS(mutual information - forward feature selection)에 따라 각 특징점들의 랭크(rank)를 계산하고, 상기 랭크를 기반으로 특징점을 선택함으로써 상기 전처리를 수행하는 단계를 포함하는, 작업부담평가 방법.
11. The method of claim 10,
The step of pre-processing the pressure measurement value is
normalizing the received pressure data and classifying it into a training set and a test set;
extracting feature points using a window segmentation method for the training set; and
Calculating a rank of each feature point according to mutual information-forward feature selection (MI-FS), and performing the pre-processing by selecting a feature point based on the rank.
제10항에 있어서,
상기 작업자세에 의한 작업부담을 평가하는 단계는
상기 인체 모델링을 이용하여, OWAS(Ovako Work Posture Assessment System), REBA(Rapid Entire Body Assessment), RULA(Rapid Upper Limb Assessment), AWBA(Agricultural Whole Body Assessment), 및 Cube 방법 중 적어도 하나의 방법론에 따라 상기 작업자세에 의한 작업부담을 평가하는, 작업부담평가 방법.
11. The method of claim 10,
The step of evaluating the work load by the working posture is
Using the human body modeling, according to at least one methodology of OWAS (Ovako Work Posture Assessment System), REBA (Rapid Entire Body Assessment), RULA (Rapid Upper Limb Assessment), AWBA (Agricultural Whole Body Assessment), and Cube method A work load evaluation method for evaluating the work load by the work posture.
제10항에 있어서,
상기 작업하중에 의한 작업부담을 평가하는 단계는 인공신경망 모델을 이용하여 상기 작업하중에 의한 작업부담을 평가하고,
상기 인경신경망 모델은 상기 압력 측정값을 이용하여 저위험(low risk), 가능한 위험(possible risk), 및 고위험(high risk)의 3가지 유형 중 어느 하나로 작업하중에 의한 작업부담 평가 결과를 출력하는, 작업부담평가 방법.
11. The method of claim 10,
The step of evaluating the work load due to the work load evaluates the work load due to the work load using an artificial neural network model,
The human neural network model outputs the work load evaluation result by the work load in one of three types of low risk, possible risk, and high risk using the pressure measurement value. , the work load assessment method.
작업부담을 평가하는 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 컴퓨터로 하여금:
작업자의 제1 신체부위에 부착된 복수의 관성측정장치(IMU, Inertia Measurement Method)가 상기 제1 신체부위의 관성 데이터를 측정하도록 하고, 상기 작업자의 제2 신체부위에 부착된 적어도 하나의 압력센서가 작업 시 가해지는 상기 제2 신체부위의 압력을 측정하도록 하는 명령;
상기 측정한 관성 데이터를 이용하여 상기 작업자의 인체 모델링을 구현하고, 상기 압력 측정값을 전처리하도록 하는 명령; 및
상기 인체 모델링을 이용하여 작업자세에 의한 작업부담을 평가하고, 상기 전처리된 압력 측정값을 이용하여 작업하중에 의한 작업부담을 평가하도록 하는 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능한 저장매체.
A computer readable storage medium storing a computer program for performing a method of evaluating a workload, wherein the computer program causes the computer to:
A plurality of inertia measurement devices (IMU) attached to the first body part of the operator measure inertia data of the first body part, and at least one pressure sensor attached to the second body part of the operator a command to measure the pressure of the second body part applied during the operation;
a command to implement human body modeling of the operator using the measured inertia data and pre-process the pressure measurement value; and
A computer-readable storage medium storing a computer program, comprising instructions to evaluate the work load due to the working posture using the human body modeling and to evaluate the work load due to the work load using the pre-processed pressure measurement value .
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