WO2011049079A1 - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械に作用する慣性力あるいは外力を考慮した動的な安定性および作業機械の接地状況を時々刻々演算して表示し、警告する。 【解決手段】走行体、該走行体上に取り付けた作業機械本体、該作業機械本体に対し上下方向に揺動自在に取り付けた作業フロント、および該作業フロントの先端に取り付けた作業具を備えた作業機械において、前記作業フロントを含む前記本体および走行体の各部の位置情報、加速度情報、外力情報をそれぞれ用いてＺＭＰの座標を算出するＺＭＰ演算手段と、前記作業機械の地面との複数の接地点が形成する支持多角形を算出し、前記ＺＭＰが前記支持多角形の周縁の内側に形成した警告領域に含まれるとき転倒警告を発する安定性演算手段を備え、前記ＺＭＰおよび前記警告領域を含む支持多角形を演算して表示あるいは警報する。

Description

作業機械

　本発明は、作業機械にかかり、特に建設工事、解体工事、土木工事等に使用される作業機械に関する。

　建設工事、解体工事、土木工事等に使用される作業機械としては、下部走行体に上部旋回体を旋回自在に取付け、この上部旋回体に多関節型の作業フロントを上下揺動自在に取付けたものが知られている。このような作業機械の一例としては、油圧ショベルをベースとした解体作業機械がある。

　このような作業機械は、上部旋回体に関節を介してブーム及びアームからなる作業フロントを上下揺動自在に連結し、さらに前記アームの先端に関節を介してグラップル、バケット、ブレーカ、クラッシャ等を装着して、構造物解体工事、廃棄物解体工事等の作業を行うようにしている。

　このような作業機械による作業は、作業フロントを構成するブーム、アーム、作業具（バケットで代表させる）を上部旋回体の外方に突出した状態で種々姿勢を変えて行われる。このため、無理な操作を行った場合には、作業機械が転倒することがある。

　この問題に係わる従来技術として、例えば、特許文献１が提示されている。特許文献１に示される技術では、作業機械のブーム及びアームにそれぞれ角度センサを取り付け、また作業機械に制御装置を設け、前記角度センサからの検出信号を制御装置に入力する。制御装置は、前記検出信号に基づいて作業機械全体の重心位置と下部走行体の接地面における安定支点の支持力を演算し、その演算結果に基づく安定支点における支持力値を表示装置に表示している。また、作業機械の後方安定支点における支持力が、安全作業確保上の限界値以下になったとき、警報を発するようにしている。

　その他の例として、例えば特許文献２が提示されている。特許文献２に示される技術では、作業機械のブーム角、アーム角、バケット角、上部旋回体の旋回角を検出する角度センサおよび、車体の前後方向の傾きを検出する傾斜角センサが備えられ、これら各角度センサおよび車体の所定部分の寸法をもとに作業機械の静的転倒モーメントが演算される。

　また、上部旋回体の旋回の遠心力により生じる動的転倒モーメントが、上部旋回体の旋回角速度を用いて演算され、さらに、上部旋回体の急停止時に生じる動的転倒モーメントが旋回の最大角加速度を用いて演算される。そして、これらの動的転倒モーメントの一方又は大きい方が静的転倒モーメントに加算され、その大きさが転倒の判定条件とされ、前記判定条件の成立により旋回角速度が制御される。

　更にその他の例として、例えば特許文献３が提示されている。特許文献３に示される技術は、本体の姿勢、動作および作業負荷を検出するセンサを備え、これらセンサの検出値に基づき、データベースを参照しながら、建設機械本体の姿勢に関する現在および未来の力学的挙動をあらわすモデルを構築し、建設機械本体が転倒するか否かを判別する。そして、転倒が予知された場合は、実行中の作業動作を停止させ、さらに転倒を回避するための動作を開始することにより、転倒を防止するとともに、転倒を予知した場合は操作者にもその旨を知らせるようにしている。

特許第２８７１１０５号明細書 特開平７－１８０１９２号公報 特開平５－３１９７８５号公報

　作業機械の実際の作業を鑑みると、作業中においては、作業フロントの運動あるいは作業機械自身の運動によって慣性力が発生しており、この慣性力は作業機械の安定性に大きく関わっている。

　また、作業機械においては、その動作が時々刻々と変化し、該変化に伴って安定性も変化する。このため、安定性の評価も時々刻々行い、その結果を遅滞なく操作者（オペレータ）に通知することが必要である。

　また、作業機械は様々な作業に用いられ、例えば作業フロントの先端を地面に押し付けて本体を持ち上げるジャッキアップ動作など、動作によっては地表面との接地状況が変化する場合がある。このような場合においても正確に安定性を判別するためには、接地状況を常に検出し、その変化に応じて安定性の判定を行う必要がある。

　しかしながら、従来技術では、慣性力を考慮した作業機械の安定性を時々刻々算出し、判定する判定手段は未だ提示されていない。また、ブレードの接地状態やジャッキアップ状態などの作業機械と地表面との接地点が変化するような動作についての考察もなされていない。

　本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、時々刻々の作業機械に作用する慣性力あるいは外力を考慮した動的な安定性および作業機械の接地状況を演算し、遅滞なく表示および警告することのできる作業機械を提供するものである。

　本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

　走行体、該走行体上に取り付けた作業機械本体、該作業機械本体に対し上下方向に揺動自在に取り付けた作業フロント、および該作業フロントにピンを介して取り付けた作業具を備えた作業機械において、前記作業フロントを含む前記本体および走行体を構成する各質点の位置ベクトル、加速度ベクトル、並びに外力ベクトルをそれぞれ用いてＺＭＰの座標を算出するＺＭＰ演算手段と、前記作業機械の地面との複数の接地点を凹にならないように結んだ支持多角形を算出し、前記ＺＭＰが前記支持多角形の周縁の内側に形成した警告領域に含まれるとき転倒警告を発する安定性演算手段を備え、前記ＺＭＰ演算手段および安定性演算手段は、前記ＺＭＰおよび前記警告領域を含む支持多角形を演算して表示する。

　本発明は、以上の構成を備えるため、作業機械に作用する慣性力あるいは外力を考慮した動的な安定性および接地状況を時々刻々演算し、遅滞なく表示することができる。

第１の実施形態に係わる作業機械を示す概略側面図である。 作業機械の制御系構成を示すブロック図である。 作業機械の演算用モデルを示す概略側面図である。 支持多角形の一例を示す図である。 作業機械の演算用モデルを示す概略上面図である。 転倒警告領域の設定方法の一例を示す図である。 転倒警告領域の設定方法の一例を示す図である。 ブレード接地状態における支持多角形の一例を示す図である。 ジャッキアップ状態における支持多角形の一例を示す図である。 第２の実施形態に係わる作業機械の演算用モデルを示す概略側面図である。 作業機械の演算用モデルを示す概略上面図である。 作業機械に備わる制御装置の概略構成図である 第３の実施形態に係わる作業機械の演算用モデルを示す概略側面図である。 作業機械の演算用モデルを示す概略上面図である。 作業機械に備わる制御装置の概略構成図である。 第４の実施形態に係わる作業機械を示す概略側面図である。 第４の実施形態に係わる支持多角形の一例を示す図である。

（第１の実施形態）
　以下、本発明の第１の実施形態について説明する。

＜ハード構成＞
＜本体＞
　図１は、第１の実施形態にかかる作業機械を示す概略側面図である。第１の実施形態にかかる作業機械１は、下部走行体２に上部旋回体３が旋回可能に取付けられ、上部旋回体３は旋回モータ７によって旋回駆動される。上部旋回体３には、運転室４、エンジン５が取付けられている。また、上部旋回体３の後方には、カウンタウエイト８が取り付けられている。このほかに、作業機械１の全体を制御する制御装置６０が備わって、作業機械１が構成される。

＜作業フロント＞
　上部旋回体３には、支点４０を関節として上下揺動自在にブーム１０が設けられており、ブーム１０の先端には、支点４１を関節として揺動自在にアーム１２が設けられている。さらに、アーム１２の先端には、支点４２を関節として回動自在に作業具としてのバケット２３が設けられる。ここで、前記ブーム１０、アーム１２により作業フロント６が構成される。

　ブームシリンダ１１は、ブーム１０を支点４０の回りに回動するように駆動させるアクチュエータで、上部旋回体３とブーム１０とに連結されている。

　アームシリンダ１３は、アーム１２を支点４１の回りに回動するように駆動させるアクチュエータで、ブーム１０とアーム１２とに連結されている。

　作業具シリンダ１５はバケット２３を支点４２の回りに回動するように駆動させるアクチュエータで、リンク１６を介してバケット２３と、リンク１７を介してアーム１２とに連結されている。なお、バケット２３は、グラップル、カッタ、ブレーカ等の他の作業具と交換可能である。

＜運転室＞
　上部旋回体３には、作業機械１を操作するオペレータ用の運転室４が備わり、運転室４の中には、オペレータからの各駆動アクチュエータに対する動きの指示を入力するための操作装置５０、後述する支持多角形やＺＭＰ座標等を表示する表示装置（表示手段）６１、作業機械１の転倒警告音等を発する警報装置（警報手段）６３、オペレータが各種設定を行うためのユーザ設定入力装置５５などが設けてある。

＜ブレード＞
　下部走行体２の前面には、上下揺動自在にブレード１８が設けてあり、ブレード１８はブレードシリンダ１９により駆動される。

＜センサ＞
＜姿勢センサ＞
　上部旋回体３には、後述する重力と逆方向をＺ軸としたワールド座標系に対する機械基準座標系の傾きを検出するための姿勢センサ３ｂが設けられている。姿勢センサ３ｂは、例えば傾斜角センサであり、上部旋回体３の傾斜角を検出することで、ワールド座標系に対する機械基準座標系の傾きを検出する。

＜角度センサ＞
　上部旋回体３の旋回中心線３ｃ上には、下部走行体２と上部旋回体３の旋回角度を検出するための旋回角度センサ３ｓが設けられている。

　上部旋回体３とブーム１０の支点４０には、ブーム１０の回動角度を計測するためのブーム角度センサ（角度センサ）４０ａが設けられている。

　ブーム１０とアーム１２の支点４１には、アーム１２の回動角度を計測するためのアーム角度センサ（角度センサ）４１ａが設けられている。

　アーム１２とバケット２３の支点４２には、バケット２３の回動角度を計測するためのバケット角度センサ４２ａが設けられている。

＜加速度センサ＞
　下部走行体２、上部旋回体３、ブーム１０、及びアーム１２の重心近傍には、それぞれ下部走行体加速度センサ２ａ、上部旋回体加速度センサ３ａ、ブーム加速度センサ１０ａ、アーム加速度センサ１２ａが設けられている。

＜ピン力センサ＞
　アーム１２とバケット２３を繋ぐピン４３、リンク１６とバケット２３を繋ぐピン４４には、それぞれピン力センサ４３ａ、４４ａが設けられている。ピン力センサ４３ａ、４４ａは、例えば円筒状の内部にひずみゲージが挿入され、このひずみゲージに発生するひずみを計測することによって、ピン４３、４４にかかる力（外力）の大きさと方向を検出する。

＜圧力センサ＞
　上部旋回体３を旋回させる旋回モータ７は、旋回モータ７を駆動する油圧の吸入側圧力および吐出側圧力を検出する旋回モータ圧力センサ７ｉおよび７ｏを備える。さらに、ブレードシリンダ１９には、ブレードシリンダ１９を駆動する油圧の吸入側圧力および吐出側圧力を検出するブレードシリンダ圧力センサ１９ｉおよび１９ｏを備える。

＜制御装置＞
　図２は、作業機械１が備える制御装置の概略構成図である。制御装置６０は、作業機械１の各部に取付けられた各センサからの信号が入力される入力部６０ｈ、入力部６０ｈに入力される信号を受けて、所定の演算を行う演算部６０ｇ、演算部６０ｇからの出力信号を受けて、作業機械１（図１参照）の安定性情報および転倒警告情報を出力する出力部６０ｉを備える。ここで、表示部６１は作業機械１の安定性情報および転倒警告情報を表示し、警報装置６３は転倒に関する警報を発する。

　演算部６０ｇは、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びフラッシュメモリ等からなる記憶部、およびこれらを備えるマイクロコンピュータ並びに図示しない周辺回路などから構成され、例えばＲＯＭに格納されるプログラムにしたがって作動する。

＜基準座標系＞
　図３は制御装置を有するＺＭＰ演算用作業機械モデルを示す概略側面図である。重力方向を基準とし、重力と逆方向をＺ軸としたワールド座標系（Ｏ－ＸＹＺ）と下部走行体２を基準とした機械基準座標系（Ｏ－ＸＹＺ）とを図３に示すように設定する。

　機械基準座標系は下部走行体２に属するものとし、図３に示すように、機械基準座標系原点は、上部旋回体３の旋回中心線３ｃ上で、地表面３０と接する点Ｏとし、下部走行体２の前後方向にＸ軸、左右方向にＹ軸、鉛直方向にＺ軸を設定する。

＜モデル＞
　また、第１の実施形態では、実装の簡易性を考慮しＺＭＰ７０を演算するためのモデルとして、図３に示すような各構成部材は、重心に質量が集中している集中質点モデルを用いる。下部走行体２、上部旋回体３、ブーム１０、アーム１２のそれぞれの質点２Ｐ、３Ｐ、１０Ｐ、１２Ｐを各構成部材の重心位置に設定し、それぞれの質点の質量をｍ２、ｍ３、ｍ１０、ｍ１２とする。そして、それぞれの質点の位置ベクトルをｒ２、ｒ３、ｒ１０、ｒ１２、加速度ベクトルをｒ´´２、ｒ´´３、ｒ´´１０、ｒ´´１２とする。

　なお、質点の設定方法はこの限りではなく、例えば、質量が集中している部位（図１に示すエンジン５、カウンタウエイト８など）を追加してもよい。

　また、外力は、バケット２３で作業行うことにより、バケット２３の先端に加わる。バケット２３はピン４３、４４を介して作業フロント６と繋がっていることから、バケット２３の重力、および慣性力と、バケット２３に加わるＸ軸方向およびＺ軸方向の外力の全てを、ピン４３とピン４４に加わる外力ベクトルＦ４３とＦ４４として算出し、ＺＭＰ座標の演算を行う。ここで、外力作用点であるピン４３とピン４４の位置ベクトルをｓ４３、ｓ４４とする。また、バケット２３に加わる横方向（Ｙ軸方向）の外力をＦ４６とし、横方向外力の作用点４６の位置ベクトルをｓ４６とする。

＜安定判別方式＞
　ここで、演算部６０ｇの詳細を説明する前に、第１の実施形態における安定判別方式について説明する。

＜ＺＭＰ安定判別方式＞
　第１の実施形態においては、作業機械１の安定状態を判定するためにＺＭＰ（Zero Moment Point）を用いる。ＺＭＰ安定判別規範はダランベールの原理に基づいたものである。なお、ＺＭＰの概念ならびにＺＭＰ安定判別規範については「ＬＥＧＧＥＤ　ＬＯＣＯＭＯＴＩＯＮ　ＲＯＢＯＴＳ：Ｍｉｏｍｉｒ　Ｖｕｋｏｂｒａｔｏｖｉｃ著（「歩行ロボットと人工の足：加藤一郎訳，日刊工業新聞社」）に記載されている。

　作業機械１から地表面３０には重力、慣性力、外力およびこれらのモーメントが作用するが、ダランベールの原理によればこれらは地表面３０から作業機械１への反作用としての床反力および床反力モーメントとつりあう。

　したがって、作業機械１が地表面３０に安定に接地している場合、作業機械１と地表面３０との接地点を凹にならないように結んだ支持多角形の辺上あるいはその内側にピッチ軸およびロール軸方向のモーメントがゼロになる点（ＺＭＰ）が存在する。逆に言えば、ＺＭＰが支持多角形内に存在し、作業機械１から地表面３０に作用する力が地表面３０を押す向き、つまり床半力が正である場合、作業機械１は安定に接地しているといえる。

　つまり、ＺＭＰが支持多角形の中心に近いほど安定性は高く、支持多角形の内側にあれば作業機械１は転倒することなく作業を行うことができる、一方、ＺＭＰが支持多角形上に存在する場合には作業機械１は転倒を開始する可能性がある。したがって、ＺＭＰと作業機械１と地表面３０が形成する支持多角形とを比較することによって安定性を判定することができる。

＜ＺＭＰ方程式＞
ＺＭＰ方程式は、重力、慣性力、外力によって発生するモーメントの釣り合いから、以下のように導出される。

　ここで
 ｒｚｍｐ：ＺＭＰ位置ベクトル
 ｍｉ：ｉ番目の質点の質量
 ｒｉ：ｉ番目の質点の位置ベクトル
 ｒ”ｉ：ｉ番目の質点に加わる加速度ベクトル（重力加速度含む）
 Ｍｊ：ｊ番目の外力モーメント
 ｓｋ：ｋ番目の外力作用点位置ベクトル
 Ｆｋ：ｋ番目の外力ベクトル
なお、ベクトルはＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分で構成される３次元ベクトルである。

　上式（１）の左辺の第１項は、各質点ｍｉにおいて印加された加速度成分（重力加速度を含む）により生成されるＺＭＰ７０（図３参照）回り（半径ｒｉ－ｒｚｍｐ）のモーメントの総和を示す。上式（１）の左辺の第２項は、作業機械１に作用する外力モーメントＭｊの総和を示す。上式（１）の左辺の第３項は、外力Ｆｋ（ｋ番目の外力ベクトルＦｋの作用点をｓｋとする）により生成されるＺＭＰ７０回り（半径ｓｋ－ｒｚｍｐ）のモーメントの総和を示す。

　そして、式（１）は、各質点ｍｉにおいて印加された加速度成分（重力加速度を含む）により生成されるＺＭＰ７０回り（半径ｒｉ－ｒｚｍｐ）のモーメントの総和と、外力モーメントＭｊの総和と、外力Ｆｋ（ｋ番目の外力Ｆｋの作用点をｓｋとする）により生成されるＺＭＰ７０回り（半径ｓｋ－ｒｚｍｐ）のモーメントの総和が釣り合うということを記述している。

　式（１）に示すＺＭＰ方程式より、地表面３０におけるＺＭＰ７０を算出することが可能となる。

　ここで、対象物が停止しており、重力のみが働く場合のＺＭＰ方程式は

となり、静的重心の地表面への投影点と一致する。したがって、ＺＭＰは動的状態および静的状態を考慮した重心の投影点として扱うことが可能であり、ＺＭＰを指標として用いることによって対象物が静止している場合と、動作を行っている場合との両方を統一的に扱うことができる。

＜演算部＞
　前記のようにＺＭＰ座標や安定判別を演算するため、図２に示す演算部６０ｇは、主に、リンク演算手段６０ａ、ＺＭＰ演算手段６０ｂ、安定性演算手段６０ｃ、ブレード接地判定手段６０ｄ、ジャッキアップ判定手段６０ｅ、横方向外力演算手段６０ｆの機能ブロックを備える。この、演算部６０ｇを構成する各機能ブロックは、演算部６０ｇを駆動するプログラムに各機能を組み込んだ、ソフトウェアロジックで実現することができる。

　以下各機能ブロックの機能について図１ないし４を参照して説明する。

＜リンク演算手段＞
　図１および図２に示す、作業機械１の各部に配された姿勢センサ３ｂ、旋回角度センサ３ｓ、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、バケット角度センサ４２ａ、下部走行体加速度センサ２ａ、上部旋回体加速度センサ３ａ、ブーム加速度センサ１０ａ、アーム加速度センサ１２ａ、ピン力センサ４３ａ、４４ａの検出値がリンク演算手段６０ａに送られる。

　演算部６０ｇのリンク演算手段６０ａでは、図１に示す、上部旋回体３に設けた姿勢センサ３ｂの値と、作業機械１各部に備わる、旋回角度センサ３ｓ、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、バケット角度センサ４２ａの検出値を用いて、順次運動学計算を行う。そして、図３に示す各質点２Ｐ、３Ｐ、１０Ｐ、１２Ｐの位置ベクトルｒ２、ｒ３、ｒ１０、ｒ１２、下部走行体加速度センサ２ａ、上部旋回体加速度センサ３ａ、ブーム加速度センサ１０ａ、アーム加速度センサ１２ａの検出結果から算出される各質点の加速度ベクトルｒ´´２、ｒ´´３、ｒ´´１０、ｒ´´１２、ピン４３、４４、横方向外力作用点４６に対する位置ベクトルｓ４３、ｓ４４、ｓ４６、ピン４３、４４に作用する各外力ベクトルＦ４３、Ｆ４４、Ｆ４６を、機械基準座標系（Ｏ－ＸＹＺ）を基準とした値に変換する。ここで、運動学計算の方法は、例えば非特許文献である「ロボット制御基礎論：吉川恒夫著、コロナ社（１９８８）」に記載されている方法を用いることができる。

＜ＺＭＰ演算手段＞
　図２に示す演算部６０ｇのＺＭＰ演算手段６０ｂでは、機械基準座標系に変換された各質点の位置ベクトル、加速度ベクトルおよび外力ベクトルを用いて、図４に示すＺＭＰ７０の座標を算出する。

　第１の実施形態では、機械基準座標系の原点Ｏを下部走行体２と地表面３０の接する点に設定しているため、ＺＭＰのＺ軸座標が地表面３０上にあると仮定すると、ｒｚｍｐｚ＝０である。また、作業機械１では通常、バケット２３以外の部分には外力や外力モーメントはほとんど作用しないため、その影響を無視し、外力モーメントＭ＝０とみなす。このような条件のもとで式（１）を解き、ＺＭＰ７０のＸ座標ｒｚｍｐｘを以下のように算出する。

また、同様にＺＭＰ７０のＹ座標ｒｚｍｐｙは以下のように算出する。

式（３）、（４）において、ｍは、図３に示す各質点２Ｐ、３Ｐ、１０Ｐ、１２Ｐの質量であり、各質点の質量ｍ２、ｍ３、ｍ１０、ｍ１２を代入する。

　ｒ´´は各質点の加速度であり、各質点の加速度ｒ´´２、ｒ´´３、ｒ´´１０、ｒ´´１２を代入する。

　ｓは外力作用点であるピン４３、４４及びバケット２３の横方向外力作用点４６の位置ベクトルを示しており、ｓ４３、ｓ４４、ｓ４６を代入する。

　Ｆは外力作用点であるピン４３、４４及びバケット２３の横方向外力作用点４６に加わる外力ベクトルを表しており、Ｆ４３、Ｆ４４、Ｆ４６を代入する。

　以上のように、作業機械１の各部に設けた各センサの検出値を用いることによって、ＺＭＰ演算手段６０ｂは、ＺＭＰ７０の座標を算出することが可能となる。

＜安定性演算手段＞
　次に、安定性演算手段６０ｃは、ＺＭＰ演算手段６０ｂで算出されるＺＭＰ７０の座標（Ｘ座標：７０ｘ、Ｙ座標：７０ｙ）を基に作業機械１の安定判別を行う。前記のように、ＺＭＰ７０が、作業機械１と地表面３０との接地点によって形成される支持多角形Ｌの内部に存在する場合、図１に示す作業機械１は転倒することなく、作業を行うことができる。

　そこで、第１の実施形態における安定性演算手段６０ｃは、作業機械１と地表面３０とで形成される、図４の（ａ）または（ｂ）に示すような支持多角形Ｌを算出し、その支持多角形Ｌに対し、転倒の可能性の十分低い通常領域Ｊと、転倒の可能性のより高い転倒警告領域Ｎを設定する。

　そして、安定性演算手段６０ｃは、ＺＭＰ７０の座標が通常領域Ｊにある場合、表示装置６１に対し、安定性に関する情報を出力する。そして、ＺＭＰ７０の座標が転倒警告領域Ｎにある場合、安定性演算手段６０ｃは表示部６１と警報装置６３に対し、安定性の情報と転倒警告とを出力する。

　このように、ＺＭＰ７０が転倒警告領域Ｎにある場合に警告を発することで、オペレータは、ＺＭＰ７０が支持多角形Ｌ上に到達する前に、転倒の可能性を知ることができる。

　図４は、支持多角形Ｌ及びＺＭＰ７０を説明する図であり、図４の（ａ）は下部走行体が地表面に正立している状態の支持多角形の一例を示す図、（ｂ）は、下部走行体が作業フロントによってジャッキアップされた状態での支持多角形の一例を示す図である。

　なお、図４は運転席４（図１参照）に備わる表示装置６１（図１参照）に表示するイメージを示し、周囲の二重線は表示装置６１の枠を示す。

　図４の（ａ）に示すように、作業機械１が地表面３０に正立している場合、支持多角形Ｌは、下部走行体２の平面形状と略等しくなる。したがって、下部走行体２の平面形状が矩形の場合、支持多角形Ｌは図４の（ａ）に示すように矩形となる。図５に示すように、下部走行体２としてクローラを有している場合の支持多角形Ｌは、左右のスプロケット３２の中心点を結んだ線を前方境界線、左右のアイドラ３３の中心点を結んだ線を後方境界線、左右それぞれのトラックリンク外側端を左右の境界線とした四角形である。なお、前方および後方の境界は最も前方の下部ローラ３４および最も後方の下部ローラ３４の接地点としてもよい。

　一方、作業フロント６によって、下部走行体２がジャッキアップされると、作業機械１は、作業フロント６の先端部と、下部走行体２の後部（作業フロント６が下部走行体２の前方でジャッキアップした場合）とで、地表面３０に接することから、支持多角形Ｌは、図４の（ｂ）に示すような多角形になる。

　支持多角形Ｌの算出は、ブレード接地判定手段６０ｄあるいはジャッキアップ判定手段６０ｅの判定結果を参照して、作業機械１の接地状態に基づいて行う。

　通常領域Ｊと転倒警告領域Ｎの境界Ｋは、支持多角形Ｌの内側に設定される。具体的には、境界Ｋは支持多角形Ｌを安全率にしたがって決定される比率に応じて、中心点側に縮小した多角形あるいは、支持多角形Ｌを安全率にしたがって決定される長さだけ内側に移動した多角形として設定される。

　本実施形態では、ＺＭＰ７０が転倒警告領域Ｎにある場合に警告を発する構成としたことから、転倒警告領域Ｎの面積が大きいほど、早期に警告を発することになる。したがって、転倒警告領域Ｎの大きさは、作業機械１に求められる安全性などを考慮して決定すればよい。なお、安全率は、あらかじめ設定される所定の値（例えば、８０％など）であってもよいし、作業機械１を操作するオペレータの習熟度や作業内容、路面、周囲の状況などによって変更される値であってもよい。この場合、あらかじめ与えられた情報や各種センサの出力値等から自動で設定する構成やオペレータや作業管理者がユーザ設定入力装置５５を用いて安全率を任意に設定する構成などが考えられる。

　なお、前記安全率は作業機械１の作業状態に応じて作業中に変更されても良いし、前後左右について異なる値を用いる構成としても良い。

　例えば、傾斜地における作業では、ＺＭＰ７０は傾斜面の谷側に移動しやすく、山側に比べ谷側への転落が発生しやすい傾向にある。そこで、傾斜角度に応じ、図６（ａ）に示すように、転倒警告領域Ｎを谷側が広くなるように設定する。傾斜角度はオペレータによる入力のほか姿勢センサ３ｂの検出値を用いる方法が考えられる。

　また、転倒が発生してしまった場合、作業フロント６の存在する方向以外への転倒は作業フロント６の方向への転倒に比べ、より重大な事故につながりやすい。そこで、図６（ｂ）に示すように、作業フロント６の方向に応じて、作業フロント６の方向以外の方向が広くなるように転倒警告領域Ｎを設定するとよい。なお、支持多角形Ｌに対する作業フロント６の方向は旋回角度センサ３ｓによって検出することができる。

　図７に作業状況や周囲の状況を考慮した転倒警告領域Ｎの設定例を示した。図７の例は、作業機械１は、緩やかな傾斜地に山側を前方として停車しており、作業機械１の後方および左後方に作業員が存在し、また、左側にトラックが存在し、作業機械１の右側に溝が存在する状況を想定したものである。転倒が発生してしまった場合の影響の大きさを考慮し、何も存在しない前方に対して、溝の存在する方向では転倒警告領域Ｎが広くなるように設定し、また、作業員やトラックが存在する方向では転倒警告領域Ｎをさらに広くなるように設定している。また、転倒の発生しやすい谷側（後方）の転倒警告領域が広くなるように設定している。このように転倒警告領域Ｎを設定方法として、オペレータや作業管理者が随時手動で設定を変更するほか、ＧＰＳ、地図情報、作業のＣＡＤ図面などを用いる構成が考えられる。上記の情報を用いることによって転倒が発生しやすい方向や転倒時の被害の大きい方向を自動で判別し、その方向の転倒警告領域Ｎが広くなるよう通常領域Ｊと転倒警告領域Ｎの境界Ｋを自動で変更をすることができる。

　このように、安全率を適正な値とすることによって作業効率を低下させることなく安全な作業を行うことができる。

　＜作業内容判定手段の追加＞
　転倒警告領域Ｎの設定方法として、現在行っている作業の内容を認識し、その作業内容によって転倒警告領域Ｎの大きさや形状を変更することが考えられる。

　あらかじめ吊荷作業、掘削作業、解体作業、走行などの複数の作業における特徴的な操作パターンとそれぞれの作業内容に適合した転倒警告領域Ｎを設定し記憶する。各駆動アクチュエータ１１、１３、１５への入力指令量を検出するレバー操作量センサ５１を設置し、ＺＭＰ算出手段において算出される作業フロント姿勢やバケット外力とレバー操作量センサ５１の検出値の履歴からあらかじめ設定された操作パターンのうち最も近いものを選択し、対応する転倒警告領域Ｎを出力する。このように作業内容判定を行うことによりそれぞれの作業に即した転倒警告領域を設定することが可能となり、作業効率を高く保ったまま安全性を向上させることができる。

＜転倒警告領域の大きさの自動変更：運動量＞
　また、作業機械１の運動の激しさによって安全率を変更しても良い。作業機械１が動作している間は、式（１）に示すＺＭＰ方程式の慣性力によるモーメント項の影響が大きくなり、ＺＭＰ７０の変位量が大きくなる。つまり、作業機械１が何らかの動作をしている時のほうが、ＺＭＰ７０が支持多角形Ｌ上まで達しやすく、転倒の可能性が高い。そこで、作業機械１の運動状態に合わせて、転倒警告領域Ｎの大きさを変化させることによって、作業機械１が激しく運動している場合には、転倒警告を早く出力するようにする。

　このとき、作業機械１の運動状態の激しさを評価する指標として、各質点の運動量の和を用いる。つまり、図３に示すように設定される各質点２Ｐ、３Ｐ、１０Ｐ、１２Ｐの質量ｍ２、ｍ３、ｍ１０、ｍ１２と、図１に示す各加速度センサ（下部走行体加速度センサ２ａ、上部旋回体加速度センサ３ａ、ブーム加速度センサ１０ａ、アーム加速度センサ１２ａ）の値の積分値あるいは各角度センサの値の微分値より算出した各質点の速度ｒ´２、ｒ´３、ｒ´１０、ｒ´１２との積の絶対値の合計であり、式で表すと、

となる。そして、式（５）の値の大きさより、転倒警告領域Ｎの大きさを決定する。より具体的には、式（５）で示される運動量の和が０の場合には、通常領域Ｊと転倒警告領域Ｎの境界Ｋを最大位置に設定し、運動量が最大の場合には、最小位置に設定する。すなわち、運動量の和が０の場合は通常領域Ｊが最大になって、運動量が最大の場合は転倒警告領域Ｎが大きくなり通常領域Ｊが小さくなる。

　なお、運動量の最大値は、作業機械１の性能によって決定されるシリンダ速度から算出される。また、境界Ｋの最大位置は、計測精度と運転者の反応遅れを考慮した安全余裕に相当する量だけ、支持多角形Ｌを内側に移動した位置とする。また境界Ｋの最小位置は最大速度で運動している場合においても十分安全となるように支持多角形Ｌを内側に移動した位置とする。そして、この境界Ｋの最大位置と最小位置との間は、直線で補間し、作業機械の運動量が大きくなるに従い、境界Ｋは徐々に内側に設定されるものとする。ただし、境界Ｋの最大位置と最小位置との間の補間は、放物線や円弧を組み合わせた曲線を用いても良い。

＜転倒警告領域の大きさの自動変更：運動エネルギー＞
　また、転倒警告領域Ｎを変化させる作業機械１の運動状況の激しさを評価する指標として、各質点の運動エネルギの和を用いてもよい。つまり、図３に示す各質点２Ｐ、３Ｐ、１０Ｐ、１２Ｐの質量ｍ２、ｍ３、ｍ１０、ｍ１２と、速度ｒ´２、ｒ´３、ｒ´１０、ｒ´１２の平方の積の合計であり、式で表すと、

となる。

　第１の実施形態における、ＺＭＰ７０を用いた安定性の判定は、作業機械１がどのような動作をした場合であっても、式（３）、（４）への代入演算および代入演算結果と所定の領域との比較によって行うことができる。したがって複雑なモデルを設定する必要がなく、どのような動作においても同様の演算を行うことによって安定性の演算が可能であるため、動作の種類によらず時々刻々の安定性の演算および判定が可能であるという優れた効果を奏する。

＜横方向外力演算手段＞
　横方向外力演算手段６０ｆでは、バケット２３に加わるＹ軸方向の外力Ｆ４６（図５参照）を算出する。Ｙ軸方向の外力の作用点を横方向外力作用点４６とする。この横方向外力作用点４６に加わる外力ベクトルＦ４６は、直接計測することが困難であるので、横方向外力演算手段６０ｆでは旋回モータ７に設けた旋回モータ圧力センサ７ｉおよび７ｏが検出する旋回モータ７を駆動する油圧の圧力値を用いて算出する。このとき、横方向外力演算手段６０ｆは、図５に示すようなモデルを用いる。図５は、第１の実施形態にかかる上部旋回体のモデル化を示す上面図である。

　まず、旋回モータ７に備わる、旋回モータ圧力センサ７ｉが検出する吸入側の油圧と旋回モータ圧力センサ７ｏが検出する吐出側の油圧の油圧差から、上部旋回体３に加わる旋回トルクＴｚ３を算出する。

　そして、上部旋回体３の旋回トルクＴｚ３を、リンク演算手段６０ａによって算出される横方向外力作用点４６の位置ベクトルｓ４６のＸ方向成分ｓｘ４６で除することによって、横方向外力作用点４６に加わる横方向外力のＹ成分Ｆｙ４６（＝Ｔｚ３／ｓｘ４６）を算出する。

　ここでは、上部旋回体３の旋回による横方向（図５におけるＹ方向）の外力を考えているので、旋回角度センサ３ｓによって検出される旋回角度が０である場合には、横方向外力ベクトルＦ４６はＹ方向の成分のみを持つこととなり、横方向外力ベクトルＦ４６＝（０、Ｆｙ４６、０）となる。また、旋回角度が０でない場合には、旋回角度を用いてＦｙ４６を機械基準座標系（Ｏ－ＸＹＺ）を基準とした値に変換する。

　このようにして算出される横方向外力ベクトルＦ４６が、図３に示すバケット２３の横方向外力作用点４６に作用して、モーメントを発生させる。

＜ブレード接地判定手段＞
　ブレード接地判定手段６０ｄはブレード１８が地表面３０に接地しているか否かの判定を行う。図１に示すように、第１の実施形態にかかる作業機械１の下部走行体２は、ブレード１８を有しており、ブレード１８の接地状態によって、支持多角形Ｌの形状が変化する。より具体的には、支持多角形Ｌは、ブレード１８の接地時には図８に示すようにブレード底部を含む形となり、支持多角形Ｌは拡大するように変形する。そのため、より正確に安定性を判断するためには、安定性演算手段６０ｂにおいて転倒警告領域Ｎの設定に用いる支持多角形Ｌの形状を変化させる必要がある。

　そこで、ブレード接地判定手段６０ｄは、ブレードシリンダ１９を駆動する油圧の吸入側圧力および吐出側圧力を計測するブレードシリンダ圧力センサ１９ｉ、１９ｏの値Ｐｂ１、Ｐｂ２を用いて、ブレード１８の接地状態を判断する。無負荷状態でブレード１８の駆動に必要な圧力より大きく、作業機械１をジャッキアップさせるのに必要な圧力より小さい閾値Ｐｂ３を設定し、Ｐｂ１とＰｂ２の差であるＰｂ１－Ｐｂ２が閾値Ｐｂ３よりも大きくなった場合に、ブレード１８が地表面３０に接地していると判断し、安定性演算手段６０ｃに信号を送信する。

　安定性演算手段６０ｃでは、ブレード接地判定手段６０ｄからの信号を受けて、支持多角形Ｌの形状を図８に示すように拡大するように変化させる。

＜ジャッキアップ判定手段＞
　ジャッキアップ判定手段６０eでは、上部旋回体３の姿勢センサ３ｂの検出値と旋回角度センサ３ｓの検出値とピン４３、４４に設置したピン力センサ４３ａ、４４ａの検出値をもとにジャッキアップ状態の有無を判断する。

　図１においてバケット２３を地表面３０に押し付け、下部走行体２の一部を持ち上げた状態（ジャッキアップ）においては、作業機械１と地表面３０の接地点が変化するため支持多角形Ｌの形状が変わる。すなわち、支持多角形Ｌは、図４（ａ）に示す矩形から、図４の（ｂ）に示すような、下部走行体２の接地している側の２つの端点およびバケット２３の接地点によって形成される多角形となる。このように支持多角形Ｌの形状が不連続に変化するため、ジャッキアップ状態においてはＺＭＰ７０が図４の（ａ）に示すような矩形の範囲内に存在していても転倒に至る可能性がある。したがって、正確に安定性を判断するためにはジャッキアップ状態を検出し、安定性演算手段６０ｃにおいて転倒警告領域Ｎの設定に用いる支持多角形Ｌを変化させる必要がある。

　そこで、ジャッキアップ判定手段６０ｅは、姿勢センサ３ｂの値が作業フロント６側が持ち上がる方向に変化し、かつピン力センサ４３ａ、４４ａによって算出されるバケット２３に働く力が地表面３０を押す向きである場合にはジャッキアップ状態と判断し、安定性演算手段６０ｃに信号を送信する。なお、ジャッキアップ動作においてはバケット２３の接地位置によって下部走行体２のいずれの部分が持ち上がるかが異なる。

　図９は、作業フロント６の方向と支持多角形Ｌの関係を示す図である。バケット２３が下部走行体２の前方に接地した場合には、下部走行体２の前方が浮上し、支持多角形Ｌは下部走行体２の後方の端点とバケット２３の接地点によって形成される多角形となる。同様に、バケット２３が下部走行体２の後方に接地した場合には、下部走行体２の後方が浮上し、支持多角形Ｌは下部走行体２の前方の端点とバケット２３の接地点によって形成される多角形となる。また、バケット２３が下部走行体の右側あるいは左側に接地した場合には、下部走行体２のうちそれぞれ右側あるいは左側が浮上し、支持多角形Ｌは下部走行体２の左側あるいは右側の端点とバケット２３の接地点によって形成される多角形となる。

　一方、下部走行体２に対して斜めの方向（下部走行体２の前または後でかつ左右の領域）に接地した場合にはジャッキアップ時のＺＭＰ７０の位置によって下部走行体２のどの部分が浮上するかが決定される。バケット２３を下部走行体の右前方に接地した場合を例にとると、図９（ｃ）および（ｄ）に示すように、下部走行体２の端点のうちバケット２３の接地点の中心点（バケット接地中心点）から最も離れた端点（下部走行体２の左後方の端点）とバケット接地中心点とを結んだ線分に対し、ＺＭＰ７０が左前方（上方）に存在する場合には左前方の端点が接地し、下部走行体２の右側が浮上する。したがって、支持多角形Ｌは下部走行体２の左側の端点とバケット２３の接地点によって形成される多角形となる。また、ＺＭＰ７０が下部走行体２の端点のうちバケット２３の接地点から最も離れた端点（下部走行体２の左後方の端点）とバケット２３の接地点とを結んだ線分に対し、右後方（下方）に存在する場合には右後方の端点が接地し、下部走行体２の前側が浮上するため、支持多角形Ｌは下部走行体２の前側の端点とバケット２３の接地点によって形成される多角形となる。

　そこで、ジャッキアップ判定手段６０ｅでは、ジャッキアップ状態の判定に加え、ジャッキアップ状態が検出された場合には、下部走行体２のいずれの部分が浮上し、いずれの部分が接地するかを判定し、支持多角形Ｌの形状を算出し、安定性演算手段６０ｃに信号を送信する。

　旋回角度センサ３ｓ、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、バケット角度センサ４２ａの検出値を用いて順次運動学演算を行い、バケット２３の接地点を算出する。算出されたバケット接地点からバケット接地中心点を算出し、下部走行体２の端点のうちバケット接地中心点から最も離れた端点を第一の接地端点とする。次に、第一の接地端点とバケット接地中心点とを結んだ線分とＺＭＰ７０を比較し、第一の接地端点に隣接する２つの端点のうちＺＭＰ７０が存在する側の端点を第二の接地端点とする。そして、第一および第二の接地端点とバケット２３の接地点とを結んだ多角形を支持多角形Ｌとする。

　下部走行体２の接地端点の他の導出方法として、姿勢センサ３ｂと旋回角度センサ３ｓの検出値を用いて下部走行体２の傾きを算出し、下部走行体２の端点のうち谷側の２点を接地端点として選択するように構成しても良い。

　そして、安定性演算手段６０ｃでは、ジャッキアップ判定手段６０ｅからの信号を受けて、支持多角形Ｌの形状を変化させる。

＜表示装置＞
　また、図１に示すように、第１の実施形態にかかる作業機械１は、表示装置６１及び警報装置６３を備える。

　表示装置（表示手段）６１は、ブラウン管や液晶パネルなどからなる装置であって、運転室４（図１参照）内に設けてあり、制御装置６０が演算する支持多角形Ｌ、転倒警告領域Ｎ、ＺＭＰ座標（図４参照）等を表示する。また、表示装置６１は、転倒警告のサインを表示する構成であってもよい。

　このように運転室４に備わる表示装置６１に、安定性や転倒警告を表示するによって、オペレータに転倒の可能性を常時認知させることによって、安全性の高い作業を行うことが可能となる。

　表示装置６１はオペレータが転倒警告領域や警告方法などの設定を行うためのユーザ設定入力装置５５を兼ねる構成としても良い。この場合、表示装置６１はタッチパネルなどの入力手段を有するものとし、設定入力用のアイコンの表示を行う。

＜警報装置＞
　さらに第１の実施形態にかかる作業機械１においては、警報装置（警報手段）６３が運転室４内に設けられる。警報装置６３は、例えばブザーなど、警告音を発生する装置であって、制御装置６０で演算した結果、ＺＭＰ７０が転倒警告領域Ｎ（図４参照）にある場合に、安定性演算手段６０ｃ（図２参照）からの制御によって警告音などの警報を発する。

　このように運転室４に備わる警報装置６３が発する警報により、オペレータに転倒の可能性を認知させることによって、安全性の高い作業を行うことが可能となる。

＜運転者・燃料のモデル化＞
　以上の例では、オペレータおよび軽油等の燃料の質量を標準的な一定値に設定し、上部旋回体３の質量に含める構成としたが、精度の高い安定判定が必要とされる場合や、機械自体の質量に対しオペレータによる体重差や燃料の残量の質量変化の占める割合が比較的大きい場合には、オペレータおよび燃料の質量に応じて上部旋回体３の質量および重心を変更するように構成しても良い。オペレータの質量については、運転席４内に体重計などを設置し、自動で計測するようにしても良いし、オペレータがユーザ設定入力装置５５を用いて入力するようにしても良い。また、燃料の質量については燃料計により検出される燃料の残量に使用する燃料の比重をかけることによって算出する方法などが考えられる。

＜遠隔操作＞
　以上の例においては、オペレータは作業機械１上に備わる運転席４に搭乗し、作業機械１の操作を行うことを想定して説明した。一方、作業機械１の操作は無線等を用いた遠隔操作が行われるケースがある。遠隔操作時には、搭乗時に比べ作業機械の姿勢や路面の傾斜等を正確に把握するのが困難であり、また、熟練したオペレータでも作業機械の安定性を感覚的に把握することが困難である。したがって、遠隔操作時においては、オペレータに対する安定性情報の表示および警告は一層優れた効果を奏する。

　遠隔操作型の作業機械においては、操作レバーは作業機械１上以外の通常はオペレータの操作場所に設けられる。表示装置、警報装置もオペレータの操作を行う場所に設置すればよい。

　また、表示装置の利用形態として、作業管理者が遠隔地より作業機械１の状況の確認を行うケースが考えられる。このような場合はオペレータ用の表示装置に加え、作業機械１上以外の場所に管理者用の表示装置を設け、無線等を用いてデータ転送を行うことにより、作業機械１の状況を表示することができる。管理者用表示装置の表示は運転者用のものと同一としても良いし、他の情報を付加して表示しても良い。

　以上、説明した第１の実施形態により、作業機械１がどのような動作をする場合においても、作業フロントの慣性力や外力を含めた動的な安定性を時々刻々算出し、安定性の情報を運転者に遅滞なく提示することが可能となる。その結果、無理な操作によって作業機械が転倒する可能性を低減し、安全性の高い作業機械を提供することができる。また、ブレードの接地やジャッキアップなどの作業機械と地表面との接地状況が変化する動作を検出し、転倒警告領域を変更することによって、接地状況の変化する場合においても正確に安定性を判定し、安全性を高めることが可能となる。

＜センサ構成変更例＞
　以下に第１の実施形態におけるセンサの構成について、変更可能な例を示す(図１～図５参照)。

＜旋回角度センサ＞
　旋回角度には、地表面３０に対する絶対方位を計測する方法と、下部走行体２に対する相対角度を計測する方法とがある。第１の実施形態では、相対角度を旋回角度センサ３ｓによって検出しているが、地磁気センサ、ＧＰＳ等を用いて上部旋回体３および下部走行体２の絶対方位を検出し、絶対方位の差分によって相対的な旋回角を算出する構成としても良い。このような構成とすることによって旋回角度センサ３ｓの設置が困難な場合においても本発明を実施することが可能になる。

＜角度センサ＞
　第１の実施形態では、作業フロント６の姿勢の検出にブーム角度センサ４０ａ及びアーム角度センサ４１ａを用いているが、これら角度センサの変わりに傾斜角センサを用いる構成としてもよい。このような構成とすることによって、支点４０および４１に角度センサの設置が困難な場合においても本発明を実施することが可能になる。

＜加速度センサなし＞
　第１の実施形態では、図３に示す各質点３Ｐ、１０Ｐ、１２Ｐの加速度を算出するのに上部旋回体加速度センサ３ａ、ブーム加速度センサ１０ａ、アーム加速度センサ１２ａを用いているが、これら加速度センサを設けず、角度センサの値を二階微分して加速度を求めてもよい。例えば、上部旋回体３の回転加速度を求める場合、旋回角度センサ３ｓによって検出される上部旋回体３の回転角度を二階微分することで、上部旋回体３の回転加速度を求めてもよい。このような構成とする場合には、二階微分による計測ノイズの留意する必要があるが、設置するセンサの数を減ずることが可能であり、また、制御装置６０に送信すべき信号が減少するため、より安価かつ簡易な構成とすることができる。

＜姿勢センサの設置場所＞
　第１の実施形態では、姿勢センサ３ｂを上部旋回体３に設置しているが、下部走行体２に設置する構成としても良い。このような構成とすることによって、旋回角度センサ３ｓの検出値を用いずにワールド座標系に対する機械基準座標系の傾きを算出することができる。

＜姿勢センサなし＞
　第１の実施形態では、路面の傾斜の検出に上部旋回体３の姿勢センサ３ｂを用いているが、下部走行体加速度センサ２ａとして、直流成分（重力）の計測が可能な加速度センサを用いる場合には、姿勢センサ３ｂを設けない構成としても良い。このような場合には、設置するセンサの数が減少し、また、制御装置６０に送信すべき信号が減少するため、より安価かつ簡易な構成とすることができる。

＜姿勢センサなし＞
　例えば、定置ヤード内でのスクラップ処理作業のように、作業機械１が使われる現場が水平な現場に限られている場合、作業機械１の傾斜による各質点の位置ベクトルｒや外力作用点位置ベクトルｓの変化が十分に小さい。

　そこで、前記のような場合、上部旋回体３の姿勢センサ３ｂを設けない構成としても良い。このような場合には、設置するセンサの数が減少し、また、制御装置６０に送信すべき信号が減少するため、より安価かつ簡易な構成となる。

この際、機械基準座標系はワールド座標系に対し常に水平であるとしてＺＭＰ７０を算出すればよい。

＜下部走行体センサなし＞
＜下部走行体加速度センサなし＞
　また、下部走行体２の加速度については、上部旋回体３の加速度と、旋回角度センサ３ｓが検出する旋回角度から推定する構成とし、下部走行体２の加速度を検出する下部走行体加速度センサ２ａを設けない構成としてもよい。

　また、作業機械１の走行中の安定性が十分に確保されており、加速度による慣性力を加味して安定性判別を行う必要がない場合、下部走行体２の下部走行体加速度センサ２ａを設けない構成としてもよい。

この際、下部走行体２の加速度ｒ´２は重力成分のみとしてＺＭＰ７０を算出すればよい。

＜ブレードシリンダ圧力センサなし＞
　ブレード接地判定手段６０ｄにおいてブレードの接地の有無はオペレータがユーザ設定入力装置５５を用いて入力する構成とし、ブレードシリンダ圧力センサ１９ｉ、１９ｏを設けない構成としてもよい。

　作業機械１において上部旋回体３は下部走行体２に対して３６０度以上旋回するため、下部走行体２にセンサを配置する場合には、センサの検出値を制御装置６０に伝達するためにスリップリングや無線等を用いる必要がある。上記のように下部走行体加速度センサ２ａおよびブレードシリンダ圧力センサ１９ｉ、１９ｏを設けない構成とする場合にはスリップリング、無線等を用いた情報伝達の必要がなく、より簡易かつ信頼性の高い構成とすることができる。また、設置するセンサの数が減少し、また、制御装置６０に送信すべき信号が減少するため、より安価かつ簡易な構成とすることができる。

＜上部旋回体加速度センサなし＞
　作業機械１が旋回動作を行わない場合、上部旋回体３の慣性力によって発生するモーメントは、作業フロント６の慣性力によって発生するモーメントと比較して非常に小さい。

　そこで、作業機械１が上部旋回体３の旋回作業をほとんど行わない場合、上部旋回体３の上部旋回体加速度センサ３ａを設けない構成としてもよい。このような場合には、設置するセンサの数が減少し、また、制御装置６０に送信すべき信号が減少するため、より安価かつ簡易な構成となる。

この際、上部旋回体３の加速度ｒ´´３は重力成分のみとしてＺＭＰ７０を算出すればよい。

＜旋回圧力センサなし＞
　作業機械１（図１参照）が旋回力を用いて作業を行わない場合、バケット２３には横方向の外力がほとんど加わらない。そのため、作業中に外力によって安定性が悪化する恐れが無い、このような場合には、横方向の外力を計測するための、旋回モータ７の吸入側圧力および吐出側圧力を検出する旋回モータ圧力センサ７ｉ及び７ｏを設けない構成としてもよい。このような場合には、設置するセンサの数が減少し、また、制御装置６０に送信すべき信号が減少するため、より安価かつ簡易な構成となる。また、横方向外力の算出を行わないため、演算量を減ずることが可能である。

＜外力計測方法＞
　以上では、バケットに加わる外力の検出にピン力センサ４３ａ、４４ａを設ける例を示したが、その他の検出方法としてブームシリンダに圧力センサ１１ａ、１１ｂを設ける方法がある。この方法では、ブームシリンダに設けた圧力センサ１１ａ、１１ｂの検出値からバケット外力と作業フロント自重とを含んだモーメントＭｌを算出し、また、ブーム、アーム、バケットの各角度センサの検出値とブーム、アーム、バケットの各重心パラメータとから作業フロントの自重モーメントＭｏｃを算出する。次いで前記モーメントＭｌとＭｏｃとの差分および旋回中心からバケットまでの距離からバケット外力を算出する。

＜外力検出手段なし＞
　例えば、作業機械１が作業具として、図示しないカッタを装備し、主に切断作業のみを行う場合、切断作業はカッタの内力を利用して行うため、作業中に作業フロント６には外力がほとんど加わらない。そこで、作業中に外力によって安定性が悪化する恐れが無い、このような場合には、ピン４３、４４（図１参照）に作用する外力を検出するピン力センサ４３ａ、４４ａを設けない構成としてもよい。

　この場合、作業具にも加速度センサを設け、作業機械１に加わる重力と作業具に加わる慣性力をもとにＺＭＰ演算を行えばよい。

　このようにピン力センサ４３ａ、４４ａを設けない構成をすることによって、より安価な構成をすることが可能である。

（第２の実施形態）
＜スイングポスト型＞
　次に、本発明の第２の実施形態を、図１０および図１１を参照して説明する。図１０は、第２の実施形態における作業機械を示す概略側面図、図１１は、第２の実施形態にかかる上部旋回体をモデル化して示す上面図である。図１０および図１１において、第１の実施形態と同等の構成要素については同じ符号を付し、説明は省略する。

　第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、上部旋回体３とブーム１０との間に左右の揺動を行うスイング機構を有している点である。以下では、第１の実施形態との相違点を主に説明する。

＜ハード構成＞
＜本体＞
　図１０に示すように、第２の実施形態にかかる作業機械１ａには、下部走行体２に上部旋回体３が旋回可能に取付けられ、上部旋回体３は旋回モータ７によって駆動される。その上部旋回体３に運転室４、カウンタウエイト８等が取付けられている。また、上部旋回体３の前方には支点４５で左右揺動自在にスイングポスト２４が設けられており、スイングポスト２４は、上部旋回体３とスイングポスト２４とに連結されたスイングシリンダ２５（図１１参照）によって左右揺動される。また、作業機械１ａは、作業機械１ａ全体を制御する制御装置８０を備える。

＜作業フロント＞
　また、スイングポスト２４には支点４０で上下揺動自在にブーム１０が設けられており、ブーム１０には支点４１で揺動自在にアーム１２が設けられている。さらに、アーム１２には支点４２で回動自在にバケット２３が設けられる。そして、第１の実施形態と同様にブーム１０、アーム１２で作業フロント６が構成される。

　また、図１０に示すように、ブーム１０を駆動させるブームシリンダ１１が備わり、スイングポスト２４とブーム１０とに連結されている。そして、アーム１２はアームシリンダ１３によって駆動され、バケット２３は作業具シリンダ１５によって駆動される。

＜運転室＞
　上部旋回体３には、作業機械１ａを操作するオペレータ用の運転室４が備わり、運転室４の中には、第１の実施形態と同様に操作装置５０、表示装置６１、および警報装置６３が設けられる。

＜センサ＞
　作業機械１ａには、第１の実施形態と同様に、旋回角度センサ３ｓ、姿勢センサ３ｂ、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、バケット角度センサ４２ａ、下部走行体加速度センサ２ａ、上部旋回体加速度センサ３ａ、ブーム加速度センサ１０ａ、アーム加速度センサ１２ａが設けられている。

＜スイング角度センサ＞
　これらに加え、上部旋回体３とスイングポスト２４の支点４５には、スイングポスト２４の回動角度を検出するためのスイング角度センサ４５ａが設けられている。

＜スイング圧力センサ＞
　図１１に示すように、スイングポストシリンダ２５を駆動する油圧の吸入側および吐出側には、吸入側圧力および吐出側圧力を検出するスイング圧力センサ２５ｉおよび２５ｏが設けられている。

＜制御装置＞
　図１２は、第２の実施形態に係る作業機械に備わる制御装置の概略構成図である。図１０に示す制御装置８０の機能ブロックのうち、第１の実施形態に係る制御装置６０の機能ブロックと同等ものについては同じ符号を付し、説明は省略する。

＜横方向外力演算手段＞
　バケット２３（図１０参照）に加わる横方向の外力は、直接計測することが困難であるので、スイングシリンダ２５（図１１参照）に設けたスイング圧力センサ２５ｉおよび２５ｏが検出する、スイングシリンダ２５を駆動する油圧の吸入側圧力および吐出側圧力から算出する。より具体的には、図１１に示すモデルを用いる。

　まず、スイングシリンダ２５に設けたスイング圧力センサ２５ｉおよび２５ｏが検出する吸入側圧力および吐出側圧力の圧力差から、スイングポスト２４の支点４５回りに加わる揺動トルクＴｚ４５を算出する。次に作業フロント６に備わるスイング角度センサ４５ａ、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、バケット角度センサ４２ａ（図１０参照）の検出値を用いてリンク演算を行うことで、スイングポスト２４の支点４５から、バケット２３の横方向外力作用点４６までの距離ベクトルｌを算出する。ここで、揺動トルクＴｚ４５を支点４５から横方向外力作用点４６までの距離ベクトルｌのＸ方向成分ｌｘ４５で除することによって、横方向外力作用点４６に加わる横方向外力のＹ成分Ｆｙ４６（＝Ｔｚ３／ｌｘ４５）が算出される。

＜リンク演算手段＞
　図１０に示すように、作業機械１ａの各部に配された姿勢センサ３ｂ、旋回角度センサ３ｓ、スイング角度センサ４５ａ、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、バケット角度センサ４２ａ、下部走行体加速度センサ２ａ、上部旋回体加速度センサ３ａ、ブーム加速度センサ１０ａ、アーム加速度センサ１２ａ、ピン力センサ４３ａ、４４ａの値と、横方向外力ベクトルＦ４６を用いて順次運動学計算を行うことにより、各質点位置ベクトルｒ２、ｒ３、ｒ１０、ｒ１２、各質点加速度ベクトルｒ´´２、ｒ´´３、ｒ´´１０、ｒ´´１２、各外力作用点位置ベクトルｓ４３、ｓ４４、各外力ベクトルＦ４３、Ｆ４４、Ｆ４６を、機械基準座標系（Ｏ－ＸＹＺ）を基準とした値に変換する。

＜安定性演算手段＞
　第２の実施形態においても、安定性演算手段６０ｃがリンク演算の結果を用い、第１の実施形態と同様にしてＺＭＰ座標を算出し、安定判別を行う。

　なお、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様、各種センサの変更や削除は可能である。また、上部旋回体３を備えない構成であってもよい。

（第３の実施形態）
＜オフセット型＞
　本発明の第３の実施形態を、図１３および図１４を参照して説明する。図１３は、第３の実施形態における作業機械を示す概略側面図、図１４は、第３の実施形態にかかる上部旋回体をモデル化して示す上面図である。図１３および図１４において、第１の実施形態と同等の構成要素については同じ符号を付し、説明は省略する。

　第３の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、左右揺動機構として作業フロント６のアーム１２より先端を左右に平行移動させるオフセット機構を有している点である。以下では、第１の実施形態との相違点を主に説明する。

＜ハード構成＞
＜本体＞
　図１３に示すように、第３の実施形態にかかる作業機械１ｂは主に、下部走行体２、上部旋回体３、上部旋回体３を駆動する旋回モータ７によって構成される。上部旋回体３には運転室４、カウンタウエイト８等が設けられている。また、作業機械１ｂ全体を制御する制御装置９０を備える。

＜作業フロント＞
　作業フロント６は、上部旋回体３に上下揺動自在に設けられたブーム（ロアブーム）１０、ブーム１０の先端側に設けられたアッパブーム２６、アッパブーム２６の先端側に設けられたアーム支持体２８、アーム支持体２８の先端側に揺動自在に取付けられたアーム１２、アーム１２の先端側に回動自在に取付けられたバケット２３、ブーム１０とアーム支持体２８との間を連結するリンクロッド２９、ブーム１０を駆動させるブームシリンダ１１、アーム１２を駆動させるアームシリンダ１３、バケット２３を駆動させる作業具シリンダ１５およびアッパブーム２６を左右方向に揺動させるオフセットシリンダ２７を備える。

　そして、作業フロント６は、図１４に示すように、オフセットシリンダ２７によって、ブーム１０とアッパブーム２６の間の支点４７、アッパブーム２６とアーム支持体２８の間の支点４８における回転角度が変化し、アッパブーム２６をロアブーム１０に対して左右方向に平行移動（オフセット）した状態となる。第３の実施形態にかかる作業機械１ｂは、前記のように作業フロント６をオフセットした状態でブーム１０、アーム１２、およびバケット２３などの作業具の各シリンダを揺動させることによって、例えば道路脇の側溝等の掘削作業を行うものである。

＜運転室＞
　また、上部旋回体３には、作業機械１ｂを操作するオペレータ用の運転室４が備わり、運転室４の中には、第１の実施形態と同様に操作装置５０、表示装置６１、および警報装置６３とが設けられる。

＜センサ＞
　図１３に示すように、作業機械１ｂには、第１の実施形態と同様に、旋回角度センサ３ｓ、姿勢センサ３ｂ、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、バケット角度センサ４２ａ、下部走行体加速度センサ２ａ、上部旋回体加速度センサ３ａ、ブーム加速度センサ１０ａ、アーム加速度センサ１２ａが設けられている。

＜オフセット角度センサ＞
　前記の各センサに加え、図１４に示すように、オフセットの支点４８には、支点４８における回転角度を検出するためのオフセット角度センサ４８ａが設けられている。

＜オフセット圧力センサ＞
　さらに、オフセットシリンダ２７には、オフセットシリンダ２７を駆動する油圧の吸入側圧力および吐出側圧力を検出するオフセット圧力センサ２７ｉおよび２７ｏが設けられている。

＜制御装置＞
　図１５は、第３の実施形態に係る作業機械に備わる制御装置の概略構成図である。図１５に示す制御装置９０の機能ブロックのうち、第１の実施形態に係る制御装置６０の機能ブロックと同等ものについては同じ符号を付し、説明は適宜省略する。

＜横方向外力演算手段＞
　図１４に示すバケット２３に加わる横方向の外力は、直接計測することが困難であるので、オフセットシリンダ２７を駆動する油圧の吸入側圧力および吐出側圧力から算出する。より具体的には、図１４に示すモデルを用いる。

　まず、オフセットシリンダ２７に設けたオフセット圧力センサ２７ｉおよび２７ｏが検出する吸入側圧力および吐出側圧力の圧力差から、オフセットの支点４８回りに加わる揺動トルクＴｚ４８を算出する。

　次に作業フロント６に備わる、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、バケット角度センサ４２ａ、オフセット角度センサ４８ａ（図１３参照）の検出値を用いてリンク演算を行い、オフセットの支点４８からバケット２３の横方向外力作用点４６までの距離ベクトルｌを算出する。ここで、揺動トルクＴｚ４８を距離ベクトルｌのＸ方向成分ｌｘ４８で除することによって、横方向外力作用点４６に加わる横方向外力のＹ成分Ｆｙ４６（＝Ｔｚ３／ｌｘ４８）が算出される。

＜リンク演算手段＞
　図１３に示すように作業機械１ｂの各部に配された、姿勢センサ３ｂ、旋回角度センサ３ｓ、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、バケット角度センサ４２ａ、オフセット角度センサ４８ａ、下部走行体加速度センサ２ａ、上部旋回体加速度センサ３ａ、ブーム加速度センサ１０ａ、アーム加速度センサ１２ａ、ピン力センサ４３ａ、４４ａの各検出値と、横方向外力ベクトルＦ４６を用いて順次運動学計算を行うことにより、各質点位置ベクトルｒ２、ｒ３、ｒ１０、ｒ１２、各質点加速度ベクトルｒ´´２、ｒ´´３、ｒ´´１０、ｒ´´１２、各外力作用点位置ベクトルｓ４３、ｓ４４、各外力ベクトルＦ４３、Ｆ４４、Ｆ４６を機械基準座標系（Ｏ－ＸＹＺ）を基準とした値に変換する。

＜安定性演算手段＞
　そして、安定性演算手段６０ｃは、リンク演算の結果を用い、第１の実施形態と同様にしてＺＭＰ座標を算出し、安定判別を行う。

　なお、第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様、各種センサの変更や削除は可能である。また、上部旋回体３が備わらない構成であってもよい。

　以上説明したように、本発明の実施形態によれば、動作中の作業フロントの慣性力や外力を含めた動的な安定性を時々刻々算出して、オペレータに対して遅滞なく提示することが可能となる。したがって、無理な操作によって作業機械が転倒する可能性を低減し、安全性の高い作業機械を提供することができる。

　また、ブレードの接地やジャッキアップなど、作業機械と地表面との接地状況が変化する動作を検出し、安定範囲を変更することによって、接地状況が変化する場合においても正確に安定性を判定することができ、安全性を高めることが可能となる。

（第４の実施形態）
　本発明の第４の実施形態を図１６および図１７を参照して説明する。図１６は、第４の実施形態における作業機械を示す概略側面図、図１７は第４の実施形態における支持多角形の一例を示す図である。図１６および図１７において、第１の実施形態と同等の構成要素については同じ符号を付し、説明は省略する。

　第４の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、下部走行体２の走行部に車輪を有する点である。以下では、第１の実施形態との相違点を主に説明する。

＜ハード構成＞
＜本体＞
　図１６に示すように、第４の実施形態にかかる作業機械１ｃは主に、下部走行体２、上部旋回体３、上部旋回体３、上部旋回体３を駆動する旋回モータ７によって構成される。上部旋回体３には運転席４、カウンタウエイト８等が設けられている。また、作業機械１ｃ全体を制御する制御装置９０を備える。

＜下部走行体＞
　下部走行体２は車輪３５、アウトリガ３６、アウトリガシリンダ３７およびそれらを支持するフレームや車軸等から構成される。アウトリガ３６はアウトリガシリンダ３７によって駆動される。

＜作業フロント、運転席＞
　作業フロント６の構成は、第１の実施形態と同等である。また運転席４の中には、第１の実施形態と同様に操作装置５０、表示装置６１、および警報装置６３とが設けられる。

＜センサ＞
　図１６に示すように作業機械１ｃには、第１の実施形態と同様に、旋回角度センサ３ｓ、姿勢センサ３ｂ、ブーム角度センサ４０ａ、アーム角度センサ４１ａ、バケット角度センサ４２ａ、下部走行体加速度センサ２ａ、上部旋回体加速度センサ３ａ、ブーム加速度センサ１０ａ、アーム加速度センサ１２ａが設けられている。

＜制御装置＞
　制御装置６０の基本構成は図２に示す第１の実施形態と同様である。制御装置６０の機能ブロックのうち、第１の実施形態と同等のものについては説明を省略する。

＜安定性演算手段＞
　安定性演算手段６０ｃは第１の実施形態と同様にＺＭＰ演算手段６０ｂで算出されるＺＭＰ７０の座標を基に安定性判別を行う。安定性演算手段６０ｃは、作業機械１と地表面３０とで形成される支持多角形Ｌを算出し、その支持多角形Ｌに対し、転倒の可能性の十分低い通常領域Ｊと、転倒の可能性のより高い転倒警告領域Ｎを設定し、ＺＭＰ７０の座標が通常領域Ｊにある場合、表示装置６１に対し、安定性に関する情報を出力する。そして、ＺＭＰ７０の座標が転倒警告領域Ｎにある場合、安定性演算手段６０ｃは表示部６１と警報装置６３に対し、安定性の情報と転倒警告とを出力する。

　図１７は第４の実施形態における支持多角形Ｌの一例を示す図である。図１７の（ａ）に示すように前後左右全てのアウトリガ３６を接地させた場合の支持多角形Ｌは、前後左右のアウトリガ３６の接地点を結んだ四角形となる。揺動式のアウトリガを有する場合には、揺動する場合には、アウトリガ接地面のうち揺動の中心線の直下のアウトリガ接地点を結ぶ四角形であり、固定式のアウトリガを有する場合には、アウトリガ接地面のうち最も中心から離れた点を結んだ四角形となる。アウトリガ３６を接地させない場合には図１７の（ｂ）に示すように前後左右の車輪３５の接地点を結んだ四角形が支持多角形Ｌとなる。また、アウトリガを有しない車輪式の作業機械においても支持多角形Ｌは図１７の（ｂ）と同様である。アウトリガ３６を前後左右のうちいずれかのみ接地させた場合およびアウトリガ３６を前後左右のうちいずれかにおいてのみ有する場合には、支持多角形Ｌは接地しているアウトリガ３６の接地点および前後左右のうちアウトリガを接地していない方向の車輪３５の接地点を結んだ四角形となる。前方の２つのアウトリガのみを接地し、後方の２つのアウトリガを接地しない場合には図１７の（ｃ）に示す例のようになる。

　支持多角形Ｌの算出においては、アウトリガ３６の接地の有無をオペレータの設定に基づいて変更するようにしても良いし、自動で判定するように構成してもよい。アウトリガ３６の接地有無を自動で判定する方法としては、各アウトリガあるいは各アウトリガシリンダ３７に姿勢センサを設置し、アウトリガの姿勢から設置の有無を判定する方法や各アウトリガシリンダ３７に圧力センサを設置し、圧力検出値から設置の有無を判定する方法が考えられる。

　通常領域Ｊと転倒警告領域Ｎの境界Ｋは、支持多角形Ｌの内側に設定される。境界Ｋは第１の実施形態と同様に決定する。

　なお、第４の実施形態においても第１の実施形態と同様、各種センサの変更や削除は可能である。また、上部旋回体３を備えない構成であっても良い。

　以上、本発明にかかる第１～第４の実施形態を説明したが、いずれの実施形態においても、作業機械の動作状態に対応して安定判別の条件を変更し、変更された安定判別の条件に基づいて、作業機械の安定性を判別することができる。すなわち、運転者は、作業機械の動作状態に対応して時々刻々の安定性を確認することができ、安全性の高い作業を行うことができるという優れた効果を奏する。

　なお、以上の各実施の形態では、下部走行体２としてクローラを有する例について説明したが、下部走行体２としてトラック式等の他の形態を有する場合であっても、同様に適用可能である。

　また、以上の各実施の形態では、作業機械１として油圧ショベルを例に挙げて説明したが、走行体と作業フロントとを有する作業機械であれば、本発明を適用可能である。

　また、以上の各実施の形態では、作業機械１を用いて実際に作業を行うことを想定して説明したが、本発明をシミュレータ等に適用して実施しても良い。

　また、以上の実施の形態では、ＺＭＰ７０を演算するためのモデルとして集中質点モデルを用いたが剛体モデル等の他のモデル化形式に基づいて実施する構成としても良い。

　また、以上の各実施の形態では、上部旋回体３を備える作業機械１に基づいて説明をしたが、上部旋回体３を備えない作業機械１であってもよい。この場合、作業フロント６は、下部走行体２に直接備える形態となる。また、姿勢センサ３ｂは下部走行体２に備え、旋回角度センサ３ｓ、上部旋回体加速度センサ３ａは備えない形態となる。

　１、１ａ、１ｂ　作業機械
　２　　　下部走行体
　２ａ　　下部走行体加速度センサ（下部走行体速度検出手段）
　３　　　上部旋回体
　３ａ　　上部旋回体加速度センサ（上部旋回体速度検出手段）
　３ｂ　　姿勢センサ
　３ｃ　　旋回中心線
　３ｓ　　旋回角度センサ
　４　　　運転室
　６　　　作業フロント
　７　　　旋回モータ
　７ｉ、７ｏ　旋回モータ圧力センサ
　１０　　ブーム（作業フロント）
　１０ａ　ブーム加速度センサ（加速度センサ、ブーム速度検出手段）
　１２　　アーム（作業フロント）
　１２ａ　アーム加速度センサ（加速度センサ、アーム速度検出手段）
　１３　　アームシリンダ
　１５　　作業具シリンダ
　１８　　ブレード
　１９　　ブレードシリンダ
　１９ｉ、１９ｏ　ブレードシリンダ圧力センサ
　２３　　バケット（作業具）
　３０　　地表面
　３２　　スプロケット（起動輪）
　３３　　アイドラ（遊動輪）
　３４　　下部ローラ
　３５　　車輪
　３６　　アウトリガ
　３７　　アウトリガシリンダ
　４０、４１、４２　支点
　４０ａ　ブーム角度センサ（角度センサ）
　４１ａ　アーム角度センサ（角度センサ）
　４２ａ　バケット角度センサ
　４３、４４　ピン
　４３ａ、４４ａ　ピン力センサ
　４６　　横方向外力作用点
　５０　　操作レバー
　５５　　ユーザ設定入力装置
　６０、８０、９０　制御装置
　６０ａ　リンク演算手段
　６０ｂ　ＺＭＰ演算手段
　６０ｃ　安定性演算手段
　６０ｄ　ブレード接地判定手段
　６０ｅ　ジャッキアップ判定手段
　６０ｆ　横方向外力演算手段
　６１　　表示装置（表示手段）
　６３　　警報装置（警報手段）
　７０　　ＺＭＰ座標
　Ｌ　　　支持多角形
　Ｊ　　　通常領域
　Ｎ　　　転倒警告領域
　Ｋ　　　境界
　２Ｐ、３Ｐ、１０Ｐ、１２Ｐ　質点（重心位置）

Claims (6)

1.  走行体、該走行体上に取り付けた作業機械本体、該作業機械本体に対し、上下方向に揺動自在に取り付けた作業フロント、および該作業フロントの先端に取り付けた作業具を備えた作業機械において、
   　前記作業フロントを含む前記本体および走行体の各可動部の位置情報、加速度情報、外力情報をそれぞれ用いてＺＭＰの座標を算出するＺＭＰ演算手段と、
   　前記作業機械の地面との複数の接地点が形成する支持多角形を算出し、前記算出されたＺＭＰ座標を基に安定判別を行い、前記ＺＭＰが前記支持多角形の周縁の内側に形成した警告領域に含まれるとき転倒警告を発する安定性演算手段を備え、
   　前記ＺＭＰ演算手段および安定性演算手段は、前記ＺＭＰおよび前記警告領域を含む支持多角形を演算して表示あるいは警報することを特徴とする作業機械。
   
2. 　請求項１記載の作業機械において、
   　前記作業機械の動作角度を検出する角度センサと、前記作業機械の動作加速度を検出する加速度センサと、前記作業フロントと前記作業具とを連結するピンに加わる外力を検出するピン力センサとのうち少なくともいずれかを有し、
   　前記ＺＭＰ演算手段は前記センサの出力値に基づいて前記作業フロントを含む前記本体および走行体を構成する各可動部の位置ベクトル、加速度ベクトル、並びに外力ベクトルを算出することを特徴とする作業機械。
   　
3. 　請求項１記載の作業機械において、
   　前記安定性演算手段は、前記支持多角形、前記警告領域および安定度を、作業状態やオペレータの指示に応じて逐次変更することを特徴とする作業機械。
   
4. 　請求項３記載の作業機械において、
   　前記走行体には、上下揺動自在に連結されるブレードと、
   　前記ブレードを駆動するブレードシリンダと、
   　前記ブレードシリンダを駆動する油圧の吸入側圧力および吐出側圧力を検出するブレードシリンダ圧力センサと、
   　前記ブレードシリンダ圧力センサの吸入側圧力と吐出側圧力の圧力差により、前記ブレードの接地状態を判定するブレード接地判定手段とを備え、
   　前記安定性演算手段は、前記ブレードが接地したことを前記ブレード接地判定手段が判定したときに、前記支持多角形の形状を変更することを特徴とする作業機械。
   
5. 　請求項３記載の作業機械において、
   　作業フロントに作業具を取り付けるピンに加わる外力を検出するピン力センサが検出した前記ピンに加わる外力と、前記走行体の傾斜角を検出する姿勢センサによって得られる前記走行体の傾斜角に基づいて、作業フロントによるジャッキアップの有無を判定するジャッキアップ判定手段を備え、
   　前記安定性判別手段は、前記ジャッキアップ判定手段がジャッキアップ状態と判定した場合には、前記支持多角形の形状を変更することを特徴とする作業機械。
   
6. 　請求項３記載の作業機械において、
   　前記走行体に対して上下揺動自在に取り付けたブーム、該ブームに関節を介して揺動自在に連結されたアームと、
   　前記ブームの動作速度を検出するブーム速度検出手段およびアームの動作速度を検出するアーム速度検出手段と、
   　前記下部走行体の走行速度を検出する下部走行体速度検出手段を有し、
   　前記安定性演算手段は、あらかじめ与えられた前記下部走行体の質量、前記ブームの質量、前記アームの質量、前記走行体速度検出手段が検出する前記走行体の走行速度、前記ブーム速度検出手段が検出する前記ブームの動作速度、及び前記アーム速度検出手段が検出する前記アームの動作速度に基づいて前記警告領域の大きさを変更することを特徴とする作業機械。

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