(57)【要約】【課題】  ヘルメットに作業者の生体データ、作業環境データ、体動データを取得可能なセンサーを備え、常時計測と間歇計測のバランスをとって省電力化を図ることにより、小容量の軽量なバッテリーでも、作業者の転倒を始め、身体の疲労度、健康状態のデータを長時間取得できるスマートヘルメットを提供する。【解決手段】  作業者が装着するヘルメットに装着した各種センサーから、作業場での現場作業者の個人の生体データ、作業環境データ、作業者の画像データ、ヘルメットや作業者の動きに関する体動データを少なくとも一つ計測し、現場作業時のデータと、過去に計測蓄積したデータから割り出される異常閾値とを比較することで、作業者の異常状態を検出する。【選択図】        図１
2017197866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業者が装着するヘルメットに装着した各種センサーから、作業場での現場作業者の個人の生体データ、作業環境データ、作業者の画像データ、ヘルメットや作業者の動きに関する体動データを少なくとも一つ計測し、現場作業時のデータと、過去に計測蓄積したデータから割り出される異常閾値とを比較することで、作業者の異常状態を検出することを特徴とするスマートヘルメット。
【請求項２】
前記作業環境データが、温度、湿度、位置情報であって、前記生体データが脳波、心拍、体温、血流、心電図、筋電であって、前記画像データが、作業者の顔画像であって、ヘルメットや作業者の動きに関する体動データが、加速度、角速度である請求項１記載のスマートヘルメット。
【請求項３】
前記生体データ、作業環境データ、作業者の顔画像データについては、決められた時刻又は時間の間隔で間歇的に計測される請求項１又は２記載のスマートヘルメット。
【請求項４】
作業者がヘルメットを装着後、一定時間作業者の作業開始時の初期データを測定し、過去の閾値のデータと照合して異常閾値を割り出す請求項１〜３何れか１項に記載のスマートヘルメット。
【請求項５】
温度センサーが検出した値が異常閾値を超えた場合、頭部の一部を冷やす冷却機能が起動する請求項１〜４何れか１項に記載のスマートヘルメット。
【請求項６】
異常閾値を超えた値を検出した場合、作業者又は作業者を管理する管理システムへ通報する請求項１〜５何れか１項に記載のスマートヘルメット。
【請求項７】
個別ＩＤによって個人データを管理する請求項１〜６何れか１項に記載のスマートヘルメット。
【請求項８】
測定データを無線通信で、管理パソコンサーバー、モバイルパソコン、スマートフォンに送信する請求項１〜７何れか１項に記載のスマートヘルメット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業者が頭部に装着して使用するスマートヘルメットに係わり、更に詳しくは、作業者の生体情報を始め環境情報や体動情報を取得して、作業者の疲労度等の体調を監視し、作業の安全を図るために使用するスマートヘルメットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
帽子やヘルメットに、電極を取付けて生体情報を取得することは公知である（特許文献１〜３参照）。生体情報としては、脳波、心拍数、脈波、体温等が代表される。この生体情報を得るために、生体インピーダンスを計測し、作業者の疲労度、眠気等を検知し、警告し休憩を促すシステムに関して記載されている。
【０００３】
尚、ヘルメットではないが、ウェアラブル機器では、各種生体情報をセンサーにより取得し、閾値と比較することにより異常を検知し、閾値を超えた場合に無線通信で携帯パソコンやスマートフォン等に送信し、更に携帯パソコン等の携帯機器を経てサーバーは送信し、データを解析し、ユーザーへフィードバックするシステムも提案されている（特許文献４〜６）。
【０００４】
作業者の生体情報を始め、体動情報を取得することは、作業者の状況把握において有効ではあるが、常時計測をすることは消費電力が増大し、バッテリーを大容量にしなければならず、ウェアラブル機器において重量の大きな部分を占めるバッテリーの重量増加は問題である。一方で、容量の小さなバッテリーでは短時間で使用不能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４８７１８号公報
【特許文献２】特開２００５−２３００３０号公報
【特許文献３】実用新案登録第３２０２８８４号公報
【特許文献４】特許第４９９２０４３号公報
【特許文献５】特開２０１４−２２９１９９号公報
【特許文献６】特開２０１５−０８４７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、ヘルメットに作業者の生体データ、作業環境データ、体動データを取得可能なセンサーを備え、常時計測と間歇計測のバランスをとって省電力化を図ることにより、小容量の軽量なバッテリーでも、作業者の転倒を始め、身体の疲労度、健康状態のデータを長時間取得できるスマートヘルメットを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述の課題解決のために、以下の構成のスマートヘルメットを提供する。
【０００８】
（１）作業者が装着するヘルメットに装着した各種センサーから、作業場での現場作業者の個人の生体データ、作業環境データ、作業者の画像データ、ヘルメットや作業者の動きに関する体動データを少なくとも一つ計測し、現場作業時のデータと、過去に計測蓄積したデータから割り出される異常閾値とを比較することで、作業者の異常状態を検出することを特徴とするスマートヘルメット。
【０００９】
（２）前記作業環境データが、温度、湿度、位置情報であって、前記生体データが脳波、心拍、体温、血流、心電図、筋電であって、前記画像データが、作業者の顔画像であって、ヘルメットや作業者の動きに関する体動データが、加速度、角速度である（１）記載のスマートヘルメット。
【００１０】
（３）前記生体データ、作業環境データ、作業者の顔画像データについては、決められた時刻又は時間の間隔で間歇的に計測される（１）又は（２）記載のスマートヘルメット。
【００１１】
（４）作業者がヘルメットを装着後、一定時間作業者の作業開始時の初期データを測定し、過去の閾値のデータと照合して異常閾値を割り出す（１）〜（３）何れか１に記載のスマートヘルメット。
【００１２】
（５）温度センサーが検出した値が異常閾値を超えた場合、頭部の一部を冷やす冷却機能が起動する（１）〜（４）何れか１に記載のスマートヘルメット。
【００１３】
（６）異常閾値を超えた値を検出した場合、作業者又は作業者を管理する管理システムへ通報する（１）〜（５）何れか１に記載のスマートヘルメット。
【００１４】
（７）個別ＩＤによって個人データを管理する（１）〜（６）何れか１に記載のスマートヘルメット。
【００１５】
（８）測定データを無線通信で、管理パソコンサーバー、モバイルパソコン、スマートフォンに送信する（１）〜（７）何れか１に記載のスマートヘルメット。
【発明の効果】
【００１６】
以上にしてなる本発明のスマートヘルメットによれば、全てのセンサーからのデータを常時取得しないので、常時計測と間歇計測のバランスをとって省電力化を図ることにより、小容量の軽量なバッテリーでも、作業者の転倒を始め、身体の疲労度、健康状態のデータを長時間取得でき、異常閾値との比較によって作業者の異常を検知することができ、作業者の体調管理をすることにより、快適な作業環境を提供でき、もって作業の安全性を高めることがきる。
【００１７】
また、個別ＩＤで個人を認識することができ、個々の管理が可能である。個々の健康状態を確認し、健康状態が確認できた場合は、測定サイクルを長くし、緊急を要しない項目については測定を制限することで、測定、演算処理及び通信機能の消費電力を抑えることができる。バッテリーサイズのコンパクト化及びセンサーのサイズダウンを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のスマートヘルメットの使用例を示す部分断面図である。
【図２】同じくスマートヘルメットの側面図である。
【図３】本発明に係るスマートヘルメットの動作を示したフローチャートである。
【図４】温度測定の詳細を示すブロック図である。
【図５】加速度・角速度測定の詳細を示すブロック図である。
【図６】歩く動作における加速度・角速度の測定例を示すグラフである。
【図７】お辞儀の動作における加速度・角速度の測定例を示すグラフである。
【図８】前にこける動作における加速度・角速度の測定例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のスマートヘルメットは、作業者（被験者）が頭部に装着して使用している間、ヘルメットに設けた各種センサーから生体データや外気温等の環境データを取得するとともに、作業者の動作を体動データとして取得し、これらの取得データを逐次無線通信手段によって監視サーバーに送信し、監視サーバーで情報処理して作業者の疲労度等の体調を監視するシステムに使用し、未然に不慮の事故を防止したり、作業効率の向上を図ることができる。また、作業者の異常を監視サーバーが検出した場合、警告信号を作業者のスマートヘルメットに送信し、作業者に知らせるようにすることも可能である。
【００２０】
また、生体情報以外の環境情報、体動情報を計測するセンサーで同時に計測し、演算し無線通信デバイスを使い作業者情報を配信し、画面で状況を知ることができる。上記情報を蓄積し、ビッグデータとの関係付けにより、健康悪化の前兆を予知し危険状態から身を守るシステムの提供ができる。
【００２１】
次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明のスマートヘルメット１を作業者Ｍの頭部に被った状態を示し、図中符号２は帽体、３はヘッドバンド、４はあご紐を示している。
【００２２】
図１及び図２において、前記ヘッドバンド３の作業者の額に接触する部位に、柔軟性を持つ導電性布からなる生体情報取得用電極５を被せて設けている。また、前記帽体２の内部で頭頂部の空間を利用して、温度・湿度センサー６と加速度・角速度センサー７を演算回路や無線通信デバイス（図示せず）とともに設け、生体データや体動データを取得している。また、前記帽体２の外部、図示したものは後頭部に位置する部位に、温度・湿度センサー８を設けて作業環境データを取得している。更に、図示しないが、帽体の鍔部等に作業者の顔画像を取得するイメージセンサーも備えている。更に、作業現場の位置情報を取得するためにＧＰＳを備えている。また、前記帽体２の外部で後部には、各種センサーや演算回路、無線通信デバイスに電源を供給するバッテリー９を備えている。加速度・角速度センサー７やＧＰＳは、最近でスマートフォンや各種ウェアラブル情報端末で搭載されることが多く、小型化や省電力化が進んでいる。
【００２３】
前記生体情報取得用電極５で取得する生体データは、脳波、心拍、体温、血流、心電図、筋電等による生体インピーダンスの変化である。尚、体温は別途温度センサーを設けて取得してもよい。また、前記帽体２に装着した各種センサーで取得する作業環境データは、温度（気温）、湿度、位置情報あるいは降雨状況であり、体動データは、ヘルメットや身体の動作に関する情報であり、これらを同時に安定して計測し解析を行う演算回路を搭載し、無線通信デバイスを使い、監視サーバーへ情報を配信し画面で状況を知ることができるようにする。尚、前記生体情報取得用電極５としては、柔軟性、屈曲性に加え、洗濯耐久性を考慮すると、ミツフジ株式会社製のＡＧｐｏｓｓ（登録商標）を採用するのが好ましい。
【００２４】
本発明のスマートヘルメットは、作業者が装着するヘルメットに装着した各種センサーから、作業場での現場作業者の個人の生体データ、作業環境データ、作業者の画像データ、ヘルメットや作業者の動きに関する体動データを少なくとも一つ計測し、現場作業時のデータと、過去に計測蓄積したデータから割り出される異常閾値とを比較することで、作業者の異常状態を検出することを特徴としている。これにより、作業者の健康状態の判定を行い、管理者等へ通報することで作業者の健康や安全の状況把握を容易にする。また、解析データを蓄積することで、健康悪化の前兆を予測することも可能となる。
【００２５】
また、本発明において、前記作業環境データが、温度、湿度、位置情報であって、前記生体データが脳波、心拍、体温、血流、心電図、筋電であって、前記画像データが、作業者の顔画像であって、ヘルメットや作業者の動きに関する体動データが、加速度、角速度である。
【００２６】
また、本発明は、前記生体データ、作業環境データ、作業者の顔画像データについては、決められた時刻又は時間の間隔で間歇的に計測することを特徴としており、それにより常時計測しないため、バッテリーの消費が抑えられ、バッテリーを小型化にできる。
【００２７】
また、本発明は、作業者がヘルメットを装着後、一定時間作業者の作業開始時の初期データを測定し、過去の閾値のデータと照合して異常閾値を割り出すので、作業者の体調に応じて異常値が変化する点を踏まえ、異常閾値の設定を精度良くできる。
【００２８】
また、本発明は、温度センサーが検出した値が異常閾値を超えた場合、頭部の一部を冷やす冷却機能が起動するようにすれば、頭部冷却により、作業者が熱中症になることを防止できる。ここで、冷却機能としては、ペルティエ素子を用いることで容易に構成できる。
【００２９】
また、本発明は、異常閾値を超えた値を検出した場合、作業者又は作業者を管理する管理システムへ通報するようにすれば、迅速に対応することができる。
【００３０】
また、本発明は、個別ＩＤによって個人データを管理するようにすれば、個人設定をその都度行う必要がなく、閾値管理が容易となる。
【００３１】
そして、本発明は、測定データを無線通信で、管理パソコンサーバー、モバイルパソコン、スマートフォンに送信するようにすれば、データ管理が容易になり、大規模なシステム構築も可能である。
【００３２】
次に、本発明のスマートヘルメットの動作を図３に示したフローチャートで概要を説明する。先ず、主電源を入れてスタートする。ヘルメットを着用すると、あご紐４のフック等の組み込んだスイッチが作動してヘルメットを実際に着用したことを判断した後、各種センサーのスイッチがＯＮになり、ホールド回路によってその状態が維持される。それから、温度や湿度情報、生体情報を取得し、直近や前回データと比較する。温度や湿度が異常閾値と比較して異常であれば、温度・湿度異常フラグを発し、次に生体情報が異常閾値と比較して異常であれば、生体異常フラグを発する。それらに異常がなければ次のステップに移る。
【００３３】
それから、温度・湿度又は生体情報に異常があるかどうかを判断し、異常があれば異常発生処理ルーチンが作動し、顔画像データを取得して生体反応確認状態検出を行い、生体反応を確認した場合には、再度温度や湿度、生体情報を取得し、生体反応を確認できない場合には通報処理して終了する。また、温度・湿度又は生体情報に異常がなければ、温度・生体情報データを判定し、再度温度や湿度、生体情報を取得する。
【００３４】
以上の計測動作は、ヘルメットを装着している間、繰り返して実行し、あご紐４を外してヘルメットを脱ぐと、ホールド回路がＯＦＦになって電源が落ちる。その後、主電源を切ればよい。
【００３５】
図４に温度測定の詳細をブロック図で示している。この測定は省電力モードとなっている。先ず、温度センサーによって取得した現在の温度データを、過去の測定データの蓄積から平熱を算出し、閾値を決定する。そして、ヘルメット着用後５分間は継続して測定し、初期値を決定する。温度の初期値が閾値内であれば、測定タイミングを３０分／回にしてバッテリーの消耗を抑える。温度の初期値が閾値外であれば、その後３０分間連続測定し、閾値内になれば測定タイミングを３０分／回にしてバッテリーの消耗を抑える。３０分に１回の測定した温度が閾値外になれば、再度３０分間連続測定し、それでも閾値外であれば、管理サーバー又は作業者へ通報する。尚、過去のデータが蓄積されてない、スマートヘルメット使用初期の一定期間（例えば使用開始１ヶ月間）は、測定タイミングを５分／回にして多少の省電力をしつつも、データの蓄積を優先することも可能である。
【００３６】
次に、ヘルメットや作業者の体動データを取得する加速度・角速度センサーによる加速度・角速度測定の詳細を図５に示したブロック図で説明する。加速度・角速度センサーによる測定は、作業者の転倒等の動作異常を検知するものであるから、常時測定が基本である。先ず、サンプリングタイム１０msec内で１０回測定し、その平均値を１００msec毎に送信する。それから、常時測定に入り１０msec毎にサンプリングし、このときの値（絶対値）が閾値外であれば、転倒判定に移り、予め転倒パターンを複数設定しており、それと照合して転倒を判定する。ここで、転倒判定となった場合には、管理サーバー又は作業者へ通報する。また、転倒判定で、判定外、つまり転倒とは見なされなかった場合には、常時測定に戻る。
【００３７】
尚、前述の測定時間及び測定間隔は前述の値に限定されず、作業環境や作業内容等に応じて適宜設定されるべきである。
【００３８】
図６は、通常の歩く動作における加速度・角速度の３軸（ｘ，ｙ，ｚ）の測定データである。３軸のうち、ｘ軸は作業者の前後方向、ｙ軸は高さ上下方向、ｚ軸は作業者の横方向を示す。図７は、お辞儀の動作における加速度・角速度の３軸の測定データである。図８は、前にこける動作における加速度・角速度の３軸の測定データである。転倒する場合と通常の動作時では、加速度・角速度データのパターンは明らかに相違し、これらを転倒判定によって見分けることが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  スマートヘルメット
２  帽体
３  ヘッドバンド
４  あご紐
５  生体情報取得用電極
６  温度・湿度センサー
７  加速度・角速度センサー
８  温度・湿度センサー
９  バッテリー
Ｍ  作業者
【図１】
2017197866.tif 000003
【図２】
2017197866.tif 000004
【図３】
2017197866.tif 000005
【図４】
2017197866.tif 000006
【図５】
2017197866.tif 000007
【図６】
2017197866.tif 000008
【図７】
2017197866.tif 000009
【図８】
2017197866.tif 000010