2019年4月9日

非定常作業時における3ポジションイネーブ装置の有効性に関する研究

独立行政法人労働者健康安全機構
労働安全衛生総合研究所
機械システム安全研究グループ
清水尚憲 北條理恵子
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研究の背景
リスクの定義：“危害のひどさ”と“危害の発生確率”との組合せの関数(JIS B 9700(ISO12100-1))

リスク
危害のひどさ(C) と本質安全設計による効果(JIS B 9700)

ガードによる効果(JIS B9716)

危害の発生確率
暴露の頻度及び時間(F)
事故回避または制限の可能性（P)
危険事象の発生確率(Q)

非常停止、警告、保護具による効果(JIS B9703等）
保護装置による効果(JIS B9705-1)

反射行動による危険事象の発生確率低減
3ポジションイネーブル装置とは、作業者が当該自動機械設備の正常性を目視し、もしその状態に変化があった場合に3ポジションイネーブル装置に内蔵している3ポジションイネーブルスイッチをON信号（ポジション2：中間位置）からOFF信号（ポジション1：手を離す位置）またはポジション3（手を押し込む位置）へと反射的に変化させる（反射行動）ことにより当該自動機械設備の動きを停止させる機能を持つとされているが、その根拠となる反射行動に関する実験等、裏付けとなる資料がなく、”人間工学に基づいた方策”と記載されているが、保護装置として位置付けられている以上、非対称性をもって作業者の安全が確保されるかを確かめる必要がある。

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研究の目的保護装置としての3ポジションイネーブル装置の位置づけの明確化
保護装置としての3ポジションイネーブル装置の要件を明確にする。

3ポジションイネーブル装置の有効性の明確化
マン･マシンシステムを対象とした安全確保のデバイス（3ポジションイネーブル装置）は、自動機械の動きの正常性を確認する装置と位置づけられるが、その有効性と使用条件について予備実験を行うことにより検討する。

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3ポジションイネーブルスイッチとは？
○通常、ガードで危険源を隔離して自動運転を行っている自動機械設備で、ロボット等のティーチングや段取り替え、保守、メンテナンスなど、”危険点近接作業”が必要となる場合がある。
（＊危険点近接作業：機械の可動部を動かしながら可動区域内で行う非定常作業）
3ポジションイネーブルスイッチは、イネーブル機器（ティーチングペンダントやグリップスイッチ）に組み込まれて使用され、危険区域で作業しなければならない場合に、ロボット等の予期しない動作から発生する危害の発生確率を下げる保護装置として、関連規格ISO12100(Safety of machinery-General principles for design-Risk assessment
and risk Reduction)/JIS B 9700（機械類の安全性-設計のための一般原理-リスクアセスメント及びリスク低減）で要求されるイネーブル装置専用のスイッチである。

柵内で人が作業を行う環境

3ポジションイネーブルスイッチの3ポジション(OFF-ON-OFF)状態遷移
Copyright © 2019 JNIOSH All Rights Reserved2主な3ポジションイネーブル装置の種類＊イネーブルスイッチ

グリップ式の使用例

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自動運転時の起動スイッチと非常停止スイッチに関係起動スイッチにより自動運転が開始され、非常停止スイッチで自動機械が停止する
Copyright © 2019 JNIOSH All Rights Reserved3マニュアル運転時の起動スイッチと参ポジションイネーブルスイッチと非常停止スイッチの関係

3ポジションイネーブルスイッチと起動スイッチがONで起動、3ポジションイネーブルスイッチまたは非常停止スイッチでがOFFで自動機械が停止する
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機械側と人間側からの危害回避方策
保護装置を無効化して危険区域内で非定常作業を行う

Copyright © 2019 JNIOSH All Rights Reserved4イネーブル装置を用いた手動操作モードによるインターロックの条件

マンマシン系インターロックの条件

3ポジションイネーブ
ル装置は、マンマシン系インターロックの正常監視（人とロボット等が一定距離以上に離れていること、ロボットが正常に動作していること）を人が行うものであり、人の正常性確認（対象となるロボット等の動きを正常に監視できること）が重要となる。

3ポジションイネーブル装置を用いた手動操作モードにおけるインターロックの条件
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現行の3ポジションイネーブル装置が予想される対応
正常でない要因

正常でないときにOFFできる

正常でないときにOFFできない

稼働範囲にいない

いないのでOFFにできない

稼働範囲にいないので問題なし

居眠り

寝たら離す（だろう）

寝たまま押すこともあるかもしれない

対象を見ていない・見る 驚愕刺激の種類による(聴覚 対象を見ることが出来なければことができない（視界が や触覚等を対象とした驚愕対応できない遮られる等）刺激に対しては対応可能の可能性大）
対象を見ていない（ぼーっとしている）

驚愕刺激により意識が戻る（潜時が大きい）驚愕刺激があっても意識が戻らない（潜時無限大）

びっくりする（ただちに正常でなくなるわけではない。）

多分、放すか、握りしめる

ちょっとビックリした程度ではセンサ機能を失わない。、ビックリしても手を動かさないかもしれない

Copyright © 2019 JNIOSH All Rights Reserved5検証実験の必要性（想定される作業者の行動）
作業者が正常でなくなる要因

正常でない時にOFF出力が可能

正常でない時にOFF出力が不可能

兼用予備実験の必要性①危険区域に作業者が存在しない

いなければONにならない②作業者が居眠りをする

居眠りをしてスイッチを離す

居眠りをしてスイッチを握りっぱなしになるあり③作業者がよそ見をする（視界が遮られる）

視野を妨げられた時にOFFになる

危険事象発生時にOFFにできないあり④作業者の注意力が低い（ぼーっとしている）

なにげなくOFFになる

危険事象発生時にOFFにできないあり⑤外部からの驚愕刺激により作業者の注意力が妨げされる反射行動によりOFFになる機能を失わないあり⑥イネーブル装置の機能をしらない。または理解していない

反射行動によりOFFになる機能を知らないとOFFにできないありなし

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検知能力・判断能力に関する実験方法
イネーブルスイッチ「ON」をキープ

驚愕刺激①ロボットの異常動作②画面が消える、等潜時とスイッチ出力の変化を計測する

ストローク(mm)

ON離すのか?
押しこむのか?
そのまま維持か?

外部からの驚愕刺激で作業者の監視能力に影響があるのか？
潜時

OFFON

驚愕刺激
ON状態を維持異常が無いことを確認

計測範囲

OFF

時間(t)

Copyright © 2019 JNIOSH All Rights Reserved126対象外からの刺激に対する反射行動実験1
筆圧計を用いた外部からの刺激による反射行動に関する実験

実験で使用した筆圧測定器

標的デバイス（実験用ペン）開発した振動発生装置
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対象外からの刺激に対する反射行動実験2
3ポジションイネーブルスイッチを用いた外部からの刺激による反射行動に関する実験

実験で使用した自転車用エアホーン

3ポジションイネーブルスイッチと操作体
グリップ式3ポジションイネーブルスイッチCopyright © 2019 JNIOSH All Rights Reserved

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検知能力・判断能力に関する予備実験
実験1：作業者自身に影響がない異常状態発生に対する挙動確認
実験2：作業者自身に影響がある異常状態発生に対する挙動確認
実験3：作業者の目の前の画面が見えなくなる（画面を妨げられる）時の挙動確認
制動時間

停止目標

速度

＊挙動確認：イネーブルスイッチを握る指がどのように動くか（スイッチ出力と指の挙動変化）

正常

逸脱

安全

危険

制動時間＝人の応答時間（潜時：検知までの時間＋スイッチを操作する時間）(空走時間)＋ロボットが停止するまでの時間
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検知能力・判断能力に関する実験方法

ヘッドマウンドディスプレイ

異常な動き・見えなくなる・・

ティーチングペンダント式
イネーブルスイッチ#)$&%"'  
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検知能力・判断能力に関する実験方法2

指の曲げの角度を計測＊スイッチ出力の変化に表れない微傷な指の動き（角度）を計測する

関節角度計測システム（ゴニオメータ）
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無条件反射と条件反射による行動○無条件反射とは、動物が示す反射現象のうち、先天的なもので、大脳を仲介として確立しない反射現象。
○条件反射とは、生まれつき備わっている反射に対して、一定の訓練や経験により後天的に作られた反射現象。
個人の知識や経験に依存しない反応を期待する場合は、「無条件反射」を利用することが望ましい。
○通常の反応経路
感覚器官→感覚神経→脊髄→大脳→脊髄→運動神経→運動器官○目で見て反応する時の経路（条件反射）
感覚器官（目）→感覚神経（視神経）→大脳→脊髄→運動神経→運動器官（筋肉）○無条件反射感覚器官→感覚神経→脊髄→運動神経→運動器官
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9予備的検証実験のまとめ1• 対象となる自動機械設備以外からの驚愕刺激（触覚、聴覚）では、被験者の検知能力が低下することはなかった。
• 作業者自身に危害が及ぶ可能性がある異常状態発生に対しては無条件反射によりスイッチ出力をOFFにすることができた。
• 自身に危害が及ばない異常状態発生に対しては、無条件反射では対応できず、条件反射によりスイッチ出力をOFFにすることができた。
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予備的検証実験のまとめ2• 3ポジションイネーブル装置は、無条件反射、条件反射いずれの場合でも、ポジション2（中間位置保持：出力ON）からポジション1（離す：出力OFF）へ移行する場合とポジション3（強く押す：出力OFF）へ移行する場合ある。

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ご清聴ありがとうございました

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