Transcript 身体の重心の計測・評価方法の例

農作業における作業強度の計測･解析
に関する基礎研究
- 作業強度と重心動揺について -
宮崎大学農学部
御手洗正文・木下 統・木田 博隆
佐竹製作所
藤島 壮
1
研究の背景
現在の農作業には、無理な姿勢での連続作業、重い農産物の運
搬作業、長時間の単調な仕分け作業などがまだ多く存在する。 こ
のような作業は人体の局所的な疲労や慢性的な疲労、精神的な苦
痛を生み出す原因となっている。
高齢化が進む中で、これらの問題を解決していく為には作業強度
や農作業者の疲労・精神的苦痛、作業の快適性などの計測･解析･
評価を行い、農作業の改善をはかっていく事が重要な課題となってい
る。
図1：はくさい収穫作業
図2：ダイコン運搬作業
図3：ほうれんそう調整作業
2
作業の快適性の計測･解析・評価における問題点
 これまで、作業者の疲労や作業強度については様々な計測方 法
が提唱されてきた。しかし、多くの計測法は作業時に作業者 の身体
に直接測定器具を取り付けるなど、普段の作業とは異な る違和感を
作業者に与えるものであった。
図4：作業姿勢のモニタ測定
図5：RMR測定
3
研究の目的
作業者の疲労に伴う重心動揺に着目
１．重心動揺測定装置の試作を行う。
２．室内作業負荷試験により重心動揺の計測･
解析を行い、作業者の疲労や作業強度と 重心
動揺との関係を明らかにする。
人体重心動揺のしくみ
内耳からの
平衡感覚
目からの
視覚情報
皮膚・筋肉・関節等からの
体性感覚情報
脳（各感覚器からの情報を統合）
足や体幹の筋活動を調節
重心動揺
5
重心動揺測定装置
重心動揺測定装置はフォースプレート、ロードセル、ストレンアンプ,
コンピュータ、重心動揺誘導回転盤から構成した。
200 cm
170 cm
Rotating
Disc
Model
Human Subject
Force Plate
Ground Level
Load Cell
Cable Wire
Computer
図6：重心測定装置の概要
Strain Amplifier
6
重心動揺誘導回転盤
35 cm
Rotating Disc
Model
200 cm
170 cm
Circular
Mark
r = 5 cm
Human
Subject
Force Plate
図7：重心動揺誘導回転盤の概要
7
重心点座標の算出方法
F
Y
L2 (X2.Y2)
L3 (X3.Y3)
L1 (X1.Y1)
Cg(Xc.Yc)
(0,0)
F2
y
L4
F＝F1+F2+F3+F4
(X4.Y4)
F1
F3
x
左図のようにフォースプレートに設置された4
つのロードセルにかかる荷重を計測し、重心
点の荷重Fと座標cg(Xc,Yc)を以下の式で求め
た。
Xc =
F1・X１+F2・X2+F3・X3+F4・X4
F1+F2+F3+F4
F4
Yc =
F1・Y1+F2・Y2+F3・Y3+F4・Y4
F1+F2+F3+F4
8
測定項目（１）
1.
2.
3.
平均重心点(Xav,Yav)
５分間（3000個）計測した重心点座標の平
均値で表した。
y
cg2
l1
重心平均移動量（㎝）
測定時間
内に重心が 移動した総移動量(図a：
l1+l2+l3 )をサンプリング点間数(図a： 3個）
で除した値で表した。
図a： (l1+l2+l3)/3
cg1
重心平均移動量増加率(%)
安
静時の重心平均移動量を基準とし、作業
後に測定した重心平均移動量をこの基準
値で除して百分率で表した。
cg4
l2
平均重心点
x
l3
cg3
図a 重心点の移動例
（サンプリング間隔１００ｍｓ）
9
測定項目（２）
4.
平均重心点からのずれ距離（㎝）
y
計測した各重心点の平均重心点からの距離
( l1,l2,l3,l4 )の平均値で表した。
5.
平均重心点からのずれ距離増加率(%)
安静時の平均重心点からのずれ距離を基準
とし、作業後に測定した平均重心点からの
ずれ距離をこの基準値で除して百分率で表
した。
６． 消費カロリー（kcal/min)
各負荷レベ
ルにおける作業中の消費カロリーを算出し
た。
cg2
cg1
cg4
l1
l2
平均重心点
l4
l3
cg3
図ｂ 重心点のずれ距離
x
Ⅰ．無負荷時における重心動揺試験
目的：各被験者の無負荷時における基礎データを収集する。
調査方法：立位安静（両足直立姿勢）と片足直立姿勢、視覚刺
激（誘導回転盤）の有無による無負荷時（安静状態）
での重心動揺変化を計測した。
 被験者： 4名（男女、各2名）
 重心動揺測定時間： 5 分
 重心動揺測定中の姿勢： 両足直立・片足直立
 誘導回転盤： 有（高・中・低速）・無
高(160rpm)・中(120rpm)・低(90rpm)
 回転盤軌道： 円回転・楕円回転(偏心5cm ）
11
重心動揺測定姿勢
図8：両足直立姿勢
図9：両足位置
図10：片足直立姿勢
図11：片足位置
12
試験結果
(cm)
視覚誘導の有無による重心点移動分布の比較
4
4
Y
(cm
)
3
Y
(cm
)
3
2
2
1
1
X
X
0
0
-4
-3
-2
-1
-1
0
1
2
3
4
-4
-3
-2
-1
0
-1
-2
-2
-3
-3
-4
-4
図12 両足･誘導無しにおける
重心点の移動分布
1
2
3
4
図13 両足・誘導有りにおける
重心点の移動分布
13
無負荷状態の重心動揺試験
250
200
150
100
重心平均移動量
増加率
50
0
両足･誘導有
片足･誘導無
片足･誘導有
平均重心点からのず
れ距離増加率
図14 両足･片足、誘導有･無による重心平均移動量増加率と
平均重心からのずれ距離増加率
14
Ⅱ．ルームランナーによる作業負荷量と重心動揺試験
（誘導回転盤無し）
目的： 作業強度と重心動揺の関係を明らかにする。
 被験者： ４名(男女、各２名）
 重心動揺測定時間： 5 分
 負荷レベル： 5段階（走行速度1, 3, 5, 7, 9 km/h)
 重心動揺測定中の姿勢： 立位安静（両足直立）
 誘導回転盤： 無 し
15
試験方法
安静20分→重心動揺測定5分→負荷作業20分→重心動揺測定5分→
安静20分を1セットとして作業負荷ごとに5セット行った
図15：イス座安静
図16：重心動揺測定
図17：ルームランナー走行
（20分）
（5分）
（20分）
16
試験結果 ：消費カロリーと重心動揺（誘導回転盤無し）
50
50
40
40
30
30
20
20
10 10
00
平均重心点からの ず
れ距離増加率
2.1
2.1
6.4
6.4
10.8
10.8
重心平均移動量増加率
14.8
14.8
32.5
32.5
消費カロリー （kcal/min）
図18：消費カロリーと重心平均移動量増加
平均重心からの距離増加率の関係
率ならびに
17
Ⅲ．エルゴメータによる作業負荷量と重心動揺試験
（誘導回転盤有り）
目的：作業後に視覚刺激（誘導回転盤）を与えることで、作業強
度
や疲労の度合が重心動揺にどのような影響を与えるかを
明らか
にする。
 被験者： 4名（男女、各2名）
 重心動揺測定時間： 3 分
 負荷レベル： 4段階（走行速度15、20、25、30 km/h)
 重心動揺測定中の姿勢： 立位安静（両足直立）
 誘導回転盤： 有り（楕円軌道・120 rpm）
18
試験方法
安静20分→重心動揺測定3分→負荷作業10分→重心動揺測定3分→
安静20分を1セットとして作業負荷ごとに4セット行った。
図19：エルゴメータ走行
図20：重心動揺測定
（10分）
（3分）
19
試験結果 ：視覚刺激を与えた場合の重心平均移動量増加率
重心平均移動量増加率(%)
60
50
40
30
20
10
0
4
0.2
6
0.1
F
8
0.0
被験者
E
0
C
0.2
A
消費カロリー(kcal/min)
図21 各被験者の消費カロリーと重心平均移動量増加率の関係
20
まとめ
作業後の重心動揺を測定した結果、誘導回転盤無
しでは、消費カロリー15kcal/min以下において、重心
動揺と作業負荷の間に一定の相関性が見られず、重
心動揺から作業負荷や疲労の推測は難しい事が明ら
かになった。
作業後に視覚刺激を与えると、それに誘発されて作
業負荷の大きさに比例した重心動揺が発現すること
が明らかになった。さらに実験データを構築していくこ
とによって、個人的な作業強度や疲労程度を重心動
揺から推定･評価する事が可能になるものと考えられ
た。
21