2020.07.17 Safety Net Japan

ICT機器を利⽤したリスク低減の考え⽅〜IMSを対象とした⽀援的保護システムの活⽤〜

主査：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

研究の背景• 非定常作業では、人と機械設備が近接して行う作業（危険点近接作業）が日常的に存在している。
• 生産ライン等、複数の機械を複合したシステム(IMS)において、危険領域内に他の作業者が存在する場合、視認性の悪さや死角等により、確認ができない可能性がある。
• ISO11161「統合生産システム（IMS)における安全性」において、危険点近接作業における有効的な安全確保の手段を提供していない。
※ISO12100/JIS B 9700（機械類の安全性-設計のための⼀般原則）では、原則的に同⼀時刻・同⽇場所での⼈と機械の協調作業を許可していない（隔離の原則、停⽌の原則）

IMSとは？
Integrated Manufacturing System

広大な作業領域に複数の機械設備が混在して作業を行うシステム
ベルトコンベアメンテナンス作業

搬送用ロボット

ロボット移動用スライダー
ティーチング作業

研究の⽬的“支援的保護システム（Safeguarding Supportive System；SSS）”

現場に実装可能な支援的保護システムの構築
SSSとは• 残留リスクに対して、使用者がさらに作業現場でリスクを低減するための方策• 設計･製造者がJIS B 9700（ISO 12100）「機械類の安全性:設計のための一般原則」で述べるリスク低減方策（スリーステップメソッド：本質安全設計方策、安全防護及び付加保護方策、使用上の情報提供）で低減した後のリスクを対象とする• 従来の人の注意力に大きく依存しているリスク低減方策に対して、適切なICT機器の組み合わせを用いる• より確定性の高いリスク低減効果を得ることを目的とする支援的な保護方策

ICT機器をリスク低減に⽤いる場合の適⽤例①保護装置及び付加保護⽅策と同等の安全機能を有することで、ステップ2の代替を可能とする→現在は、単体での安全性評価が求められる②3ステップメソッドによるリスク低減適⽤後の残留リスクを対象として適⽤する。
→組み合わせによる安全性評価が可能

⽀援的保護システム

各年度ごとの研究概要
2014-2016年度の実証実験⇒主に定置式の機械に対する⾮定常作業を対象とし、ICT機器を利⽤したSSSを構築し、⼊退出管理についてのリスク低減効果の検証を⾏った

2017-2019年度の研究概要• 作業領域で対象となる移動式の機械の動きと作業者の位置情報の測位を追加検討• SSS導⼊の際に⽣じる作業者の作業負荷についての検証
作業負荷を低減するための要件について、⾏動分析学的⼿法を⽤いた実験
2017年度⇒⼭岳トンネル環境にSSSを導⼊することを想定し、⼈と機械の接触事故に対するリスク低減のための予備実験⇒ビーコンシステムを採⽤2018年度⇒⼭岳トンネルにて実証実験
3Dレーザーレーダーシステムを採⽤した位置測位システム
粉じん環境下における位置測位の精度の検証
2019年度⇒クレーンの荷役作業環境下における位置測位の実証実験
3次元に移動する危険源（クレーンの吊り荷）と作業者の位置測位実験
可視光通信システムを採⽤作業者のバイタルサイン情報⇒ビーコンシステムを採⽤
SSSの発する危険情報の有効性検証⇒作業者の熟練度の違いが及ぼす感受性の違いを検討

研究スケジュール2017年度 2018年度 2019年度
上期 下期 上期 下期 上期 下期
実証実験準備と実施(1)実験場所選定(2)実験内容の確認と機材準備(3)実験実施(4)実験データ解析作業(ISO/TR22053作成作業)(ISO11161改訂作業)
報告書作成作業2017年度の実証実験概要• ビーコンセンサによる位置測位の精度検証• 移動ロボットが混在する作業エリアにおける作業者の作業効率

移動機（ロボット)

移動機
（作業者)

固定機

実験条件
フィードバック条件群（5名）
フィードバック無し条件群（5名）

ロボット稼働あり
5試⾏

ロボット稼働無し
5試⾏

合計
10試⾏

5試⾏

5試⾏

10試⾏

2017年度の実証実験結果
被験者に⾏ってもらった試⾏の⼿順を以下に⽰す。
① スタート位置からスタートする② ボタン押し作業場へ移動③ ボタン押し作業を⾏う④ 通路を通ってゴール
ボタン押し作業の詳細を以下に⽰す。
(1) 右図画⾯のSTARTボタンを押す。
(2) button1〜button6のうち、ランダムな⼀つの⾊が変化。
(3) ⾊が変わったボタンを可能な限り早く押す。
(4) (2)、(3)を10回繰り返す。

5名の平均時間の推移

フィードバックなし、ロボット稼働

フィードバックなし、ロボット⾮稼働

5名の平均時間の推移（1回⽬を1とした場合）
フィードバックあり、ロボット稼働

フィードバックあり、ロボット⾮稼働2017年度の実証実験結果
・ビーコンセンサの位置測位の精度検証
移動体（作業者とモバイルロボット）の存在エリア（半径１ｍ）を測位できた割合は、64%であり、安全を担保するシステムとして不⼗分であった
固定機の数を増やすことや、他のセンサとの併⽤などの検討が必要
・移動式ロボットが混在する作業エリアにおける作業者の作業効率作業を⾏う際に、フィードバックを与えることで作業効率が上がることが⽰唆された
モバイルロボットの稼働の有無による優位な差は認められなかった

フィードバックなし
ありありなし

ロボット稼働ありなし
ありなし

平均時間[s]
41.2
41.9
47.5
45.8

2018年度の実証実験概要• ⾏動モニタリングシステムによる作業者IDと位置情報測位の精度検証• リスクポイントの提案

BMS

⾏動モニタリングシステム

2018年度の実証実験結果
説明

物体数の変化ID の変化①結合ロスト2 つ以上の動体が近接することにより，結合された 1 つの動 複数→1体として検知され，結果，動体数が減少するロスト．

結合前のいずれかの物体 IDが結合後の ID となる②ID 遷移ロスト

結合ロストに付随し発生する場合のあるロスト． 結合ロスト状態の動体を構成する一部の動体が移動等により再び個別の動体として検知される際に，新たな ID が付与され結合ロスト前の動体 ID がロストする．
※現行の動体検知アルゴリズムには，短時間の結合ロス
ト前後では ID が保持される仕組みがあるがこれが機能しない現象．

変化しない（結合ロスト前後で）異なる ID に変化③画素不足ロスト

検知状態にある動体の検知画素が移動に伴い不足することで発生するロスト．
※動体がレーザーレーダーの画角境界に移動する，あるいは遮蔽物に動体の一部が遮られるように移動するシーンで発生する．

1→0なし（物体そのものがロスト）④死角ロスト

検知状態にある動体が作業車の裏側などの死角に移動し，動体全体が遮られることに伴い発生するロスト．
※死角ロストは厳密には課題に分類されない．
（原理上，完全に遮蔽された物体は検知状態にはなりえない）

1→0なし（物体そのものがロスト）(1)作業者と重機の特定
後解析により必要要件は全て達成できた
重機においては、モデルの分類をサイズのみにするとミスが発⽣⇒サイズ以外で物体を分類し、同⼀個体として処理するアルゴリズムの開発が必要⼤型⾞両での分裂現象が発⽣⇒外観の特定可能な部位に反射板を塗布、反射率の違いによる実測データを蓄積して重機の形態を処理するアルゴリズ
ムの開発が必要(2)特定した作業者と重機のトラッキング
画素不⾜のロストが課題⇒位置確認システム機器の数を増加も視野に⼊れ、機器配置の最適化を考慮する複数台の検知結果を統合システムを開発する必要がある
結合ロスト⇒クラスタリングアルゴリズムの改修または動体のみを検知するアルゴリズムの開発が必要(3)作業者と重機の距離計測
検知結果と重機パラメータから旋回中⼼を求めるアルゴリズムの開発が必要※現在、メーカーと共同研究を⽴ち上げ、作業フローを考慮した重機パラメータの取り込み⽅法の検討
システムの⾼度化を⾏っている
リアルタイム計測の開発が急務

2019年度の実証実験概要• 危険源のクレーンの吊り荷及び⼈のX、Y、Z⽅向の位置検知
危険源（クレーンの吊り荷）や危険源近くに存在する⼈の⽴体的な位置検知の検証
可視光通信システム及びセンサビーコンを使⽤し、検知性能を検証• 可視光通信システムにおける⼈のID認識の確実性検証
ID情報として独⾃の⾊のパターン認識機能を備えた可視光通信システムを採⽤
⼈の認知精度の向上とカメラの死⾓から出た際に、⼈のID情報が変化しないことを検証• ⼈の⽣体情報（バイタルサイン）取り込み可否と⽣体情報の精度の検証
⼈の健康状態のリアルタイムな把握のために、脈拍、転倒（気圧）等の情報をモニタリングできる機能を搭載したセンサビーコンを採⽤し、得られた⽣体情報の精度を検証• 作業者の資格の違いによるSSSの危険信号への感受性の違いの影響
クレーン荷役作業資格あり群・なし群と、移動体静⽌・可動の条件で、ライトによる危険信号の感受性の違いを検証2019年度の実証実験結果

実証実験エリアの平⾯図

2019年度の実証実験結果
危険源のクレーンの吊り荷、及び⼈のX、Y、Z⽅向の位置検知

クレーンクラブと可視光通信システム移動機の位置測位結果

可視光通信システム移動機の⾼さ測位結果

クレーンで吊り荷を吊り上げ、移動機の⾼さを2.4mに固定してクレーンのクラブを動かした結果、移動機は最⼤415mm(調整後）、⾼さ⽅向は20mm程度の誤差で測位された2019年度の実証実験結果
可視光通信システムにおける⼈のID認識の確実性検証
被験者ごとのデータ⽋損率（%)
試
⾏
123
456
978
1011121314161718A

B

C

D

EF

合計

2.0
0.5
1.5
01.1
2.1
1.1
3.4
00
0
00
0
0.8
0.0
06.6
3.5
8.6
0.8
6.2
22.8
0.2
36.4
54.3
3.3
00.9
0.2
9.4
-5.9
1.0
12.2
4.6
6.7
3.8
1.6
4.4
2.33.6
2.6
2.1
5.4
11.2
00
1.3

10.2
0.3
3.9
1.1
5.7
3.5
0.8
28.0
19.5
0.9
4.8
5.7
32.5
1.8
2.0
00

44.6
24.9
39.8
13.8
37.8
18.0
10.8
25.9
21.6
0
2.2
3.3
5.2
6.5
0.3
0
0.1

1.1
8.2
2.8
1.9
4.4
3.4
0
0.4
1.2
4.9
2.9
0
8.0
20.6

11.7
5.0
11.6
3.6
11.0
8.8
2.7
17.1
16.8
1.3
1.7
2.2
8.0
5.3
8.5
1.6
6.9

状況

合計

露光調整前

7.3

LED 隠す

17.0

調整後

1.3

シャッター閉

5.6

ベイヤーモー
ド

5.9被験者6名（A-F) 、18試⾏• 試⾏7、8では、IDロストを意図的に発⽣させるため、3名(B、D、E)が可視光通信システムの移動機であるLEDを胸の前で持ち移動した。結果、⽋損率は他より⼤幅に⼤きくなった。LEDが死⾓に⼊ることで、IDをロストすることが確認できた。
• 被験者Cはクレーン誘導のため、常に吊り荷の近くにおり、死⾓に⼊りやすいと考えられるが、他に⽐べ、⽋損率が⾼くなることはなかった。
• 試⾏6、8では被験者全員が交差や接近を繰り返すように動いた。試⾏6では他の試⾏と⽐べてデータ⽋損が多くなることはなかった。試⾏8では、同じくLEDを胸の前に持った試⾏7と⽐べて、データ⽋損が多くなることはなかった。

可視光通信システムでは、接近や交差による作業者同⼠のIDの⼊れ替わりや変化は発⽣しなかった。

2019年度の実証実験結果
⼈の⽣体情報（バイタルサイン）取り込み可否と⽣体情報の精度の検証
1801604120

脈拍しゃがみから1003ジャンプ5回

80

2

屈伸9回

60

20

脈拍

寝ころび

屈伸3回

1

加速度
ストレス

0

屈伸3回

0-1
11:23:43 11:24:00 11:24:17 11:24:35 11:24:52 11:25:09 11:25:26 11:25:44 11:26:01 11:26:18

時刻

被験者Bの姿勢変化に対するバイタルサイン（脈拍）の変化

加速度レベル，ストレスレベル

5

14040

• 気圧による転倒検知以外に、危険検知に有効な指標は確認できなかった6• 様々なバイタルサインを、位置情報と共にリアルタイムで取得できた
バイタルサインの通信⽅式として、Bluetoothが有益であることが確認できた• 実際に体調不良などの異常を発⽣させることはできず、転倒に関しても⼈為的な倒れ込みの動作を⾏ったので、センサビーコンが検知できる真の体調不良や⾃然な転倒とはデータの特徴が異なっていた可能性がある2019年度の実証実験結果
作業者の資格の違いによるSSSの危険信号への感受性の違いの影響

移動体静⽌状態

移動体可動状態

移動体の静⽌・稼働の有無にかかわらずクレーン荷役作業経験あり群⇒合図のライトがない場合よりある場合のほうが時間が短縮している（⾒えないほうが遅い）
ライトが効率の良い横切り⾏動と危険の回避を⽀援している
クレーン荷役作業経験なし群⇒合図のライトがない場合よりある場合のほうが時間が延⻑している
半径2mの危険区域すれすれあるいは中に⼊って移動していた（安全⾏動を取っているとは⾔えない）、ライトによって遠回りをしている

安全な作業を⾏うためには、ライトによる危険区域の明⽰が重要である

まとめ「複合的作業空間における安全確保システム開発部会」の3年間の先⾏研究において⾏った⽀援的保護システムの開発に加えて、本開発部会でさらに3年間、合計6年間⾏った。研究内容は以下のとおりである。
①⼊退出ゲートの間接監視⽅式による⽀援的保護システムの構築②実現場における⽀援的保護システムのリスク低減効果に関する検討③⽀援的保護システムの国際規格化(ISO/TR22053とISO11161の改正への提案）④⽀援的保護システム適⽤に関する作業者の負荷に関する検討⑤リアルタイムな位置測位による直接監視⽅式による⽀援的保護システムの構築

⼈の注意⼒に依存していた残留リスクが、ICT機器を使⽤した⽀援的保護システムを導⼊することにより、確定性の⾼いリスク低減が期待できる

展望
機械安全

機能安全

協調安全

（安全性と⽣産性の両⽴）「停⽌と隔離」の原則から、「⽌めない、隔離しない」システムで安全性と⽣産性の両⽴
⽣体認証、RFID、3DLiDAR、ＵＷＢ、可視光通信システム、Bluetooth…

3ステップメソッド＋⽀援的保護システム