JP6789880B2 - 作業機の状態管理システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車体のゼロモーメントポイントを求めることができる作業機の状態管理システムに関する。

従来、作業を行う作業機において、車体のバランスを検出する技術として、特許文献１に示す技術が知られている。特許文献１では、車体の進行方向に対して左又は右の重量バランスを検出している。

特開平９−３０９４６５号公報

上述したように、特許文献１では、歪み計をトラクタの車体に取付けることによって当該トラクタのバランスを検出しているものの、トラクタの車体の全体のバランスを把握することは困難であるのが実情である。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、車体の状態を簡単に把握することができる作業機の状態管理システムを提供することを目的とする。

この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。
作業機の状態管理システムは、作業装置が装着可能で且つ走行可能な車体におけるゼロモーメントポイントを演算する演算部と、前記演算部で演算されたゼロモーメントポイントに基づいて作業機の安定に関する情報を表示可能な表示部と、前記演算部で演算したゼロモーメントポイントに基づいて、前記車体にウエイトが装着されているか否かを判断する第２判断部と、を備え、前記表示部は、前記車体に前記ウエイトが装着されていない場合に、前記ウエイトが装着されていないことに対する警告を行う。
前記表示部は、前記車体に対して定められた安定領域と、前記ゼロモーメントポイントとを表示する。

作業機の状態管理システムは、前記演算部で演算したゼロモーメントポイントが、前記車体に対して定められた安定領域から外れているか否かを判断する第１判断部を備え、前記表示部は、前記ゼロモーメントポイントが前記安定領域から外れた場合に、前記ゼロポイントが前記安定領域から外れたことに対する警告を行う。
前記表示部は、前記ゼロモーメントポイントが前記安定領域から外れた場合に、前記ゼロモーメントポイントを前記安定領域内に戻す方法を表示する。

前記車体は、前記ゼロモーメントポイントが前記安定領域から外れた場合に、前記ゼロモーメントポイントが前記安定領域から外れたことを外部に報知する報知部を有している。

前記演算部は、前記車体に設けた車体状態検出部によって検出した第１荷重及びモーメントに基づいて、前記ゼロモーメントポイントを演算する。
前記演算部は、前記車体に連結された作業装置に設けられた装置状態検出部によって検出した第２荷重及びモーメントに基づいて、前記ゼロモーメントポイントを演算する。
作業機の状態管理システムは、前記車体に対する車体状態検出部の位置と、前記作業装置に対する装置状態検出部の位置とに基づいて、前記安定領域を演算する領域演算部を備えている。

前記演算部、前記表示部は前記作業機に設けられている。
前記演算部、前記表示部は携帯端末に設けられている。

本発明によれば、車体の状態、即ち、作業機の状態を簡単に把握することができる。

第１実施形態における作業機の状態管理システムの全体図である。 ＺＭＰと、臨界領域Ｑ１、安定領域Ｑ２、床反力との関係を示す図である。 状態表示画面Ｍ１の一例を示す図である。 車体のＺＭＰが臨界領域Ｑ１に位置している状態を示す図である。 車体ＺＭＰが臨界領域Ｑ１の境界に位置している状態を示す図である。 車体のＺＭＰが臨界領域Ｑ１の外側に位置している状態を示す図である。 第２実施形態における作業機の状態管理システムの全体図である。 車体に作業装置及びウエイトを装着した状態を示す図である。 第３実施形態における作業機の状態管理システムの全体図である。 トラクタに作業装置を連結した平面図に、臨界領域Ｑ４及び安定領域Ｑ５を示した図である。 トラクタの操舵時における臨界領域Ｑ４及び安定領域Ｑ５の関係を示す図である。 作業機の状態管理システムを変形した変形例を示している。 トラクタの走行系の動力伝達の概略図である。 トラクタの全体図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、作業機の状態管理システムの全体図を示している。作業機は、トラクタ、コンバイン、田植機、バックホー、スキッドステアローダ、コンパクトトラックローダ等である。トラクタ1を例に挙げ
作業機について説明する。

図１１に示すように、トラクタ１は、走行装置７を有する車両（車体）３と、原動機４と、変速装置５とを備えている。走行装置７は、前輪７Ｆ及び後輪７Ｒを有する装置である。走行装置７は、クローラ型の装置であってもよい。原動機４は、ディーゼルエンジン、電動モータ等であって、この実施形態ではディーゼルエンジンで構成されている。変速装置５は、変速によって走行装置７の推進力を切換可能であると共に、走行装置７の前進、後進の切換が可能である。

また、車体３の後部には、３点リンク機構等で構成された連結部８が設けられている。連結部８には、作業装置２が着脱可能である。作業装置２を連結部８に連結することによって、車体３によって作業装置２を牽引することができる。作業装置２は、耕耘する耕耘装置、肥料を散布する肥料散布装置、農薬を散布する農薬散布装置、収穫を行う収穫装置、牧草等の刈取を行う刈取装置、牧草等の拡散を行う拡散装置、牧草等の集草を行う集草装置、牧草等の成形を行う成形装置等である。なお、図１１では、作業装置２として成形装置を取り付けた例を示している。

また、トラクタ１は、車体３に設けられた運転席１０と、操縦装置１１を備えている。運転席１０及び操縦装置１１は、車体３に設けられたキャビン１２内に配置されている。操縦装置１１は、例えば、ステアリング等で構成されていて、操縦装置１１を操縦することによってトラクタ１の進行方向を変更可能である。
図１０は、トラクタ（車体）の走行系の動力伝達の概略図を示している。図１０に示すように、前輪７Ｆは、第１デフ装置２０Ｆに回転自在に支持された前車軸２１Ｆに取付けられ、後輪７Ｒは、第２デフ装置２０Ｒに回転自在に支持された後車軸２１Ｒに取付けられている。第１デフ装置２０Ｆには、変速装置５の前部から突出する第１伝動軸２２Ｆの動力が伝達され、第２デフ装置２０Ｒには、変速装置５の後部に至る第２伝動軸２２Ｒの動力が伝達される。第１伝動軸２２Ｆ及び第２伝動軸２２Ｒには、原動機４の出力軸の動力が伝達され、第１伝動軸２２Ｆ及び第２伝動軸２２Ｒは回転自在となっている。なお、上述した実施形態では、第１伝動軸２２Ｆ及び第２伝動軸２２Ｒの両方に原動機４の動力
が伝達する４ＷＤについて説明したが、第２伝動軸２２Ｒのみに原動機４の動力が伝達する２ＷＤであってもよい。

車体３には、複数の車体状態検出部２４が設けられている。複数の車体状態検出部２４は、少なくとも車体３に掛かる第１荷重（床反力）及びモーメントを検出する装置であって、３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の第１荷重及びモーメントが検出可能な６分力型のロードセルで構成されている。この実施形態では、Ｘ軸方向を車体３の走行方向（進行方向）、Ｙ軸方向を車体３の幅方向（左又は右方向）、Ｚ軸方向を走行方向及び幅方向に直交する方向（上又は下方向）とし説明を進める。

複数の車体状態検出部２４は、車体３の左の前部の支持点（左の前輪７Ｆ）に対応する第１状態検出部２４ａと、車体３の右の前部の支持点（右の前輪７Ｆ）に対応する第２状態検出部２４ｂと、車体３の左の後部の支持点（左の後輪７Ｒ）に対応する第３状態検出部２４ｃと、車体３の右の後部の支持点（右の後輪７Ｒ）に対応する第４状態検出部２４ｄとを含んでいる。第１状態検出部２４ａは、前車軸２１Ｆの左側に取付けられ、第２状態検出部２４ｂは、前車軸２１Ｆの右側に取付けられている。第３状態検出部２４ｃは、後車軸２１Ｒの左側に取付けられ、第４状態検出部２４ｄは、後車軸２１Ｒの右側に取付けられている。第１状態検出部２４ａ、第２状態検出部２４ｂ、第３状態検出部２４ｃ、第４状態検出部２４ｄの取付場所は上述した例に限定されず、前輪７Ｆ、後輪７Ｒに取付けてもよいし、その他の場所に取付けてもよい。

また、複数の車体状態検出部２４は、それぞれ第１荷重及びモーメントを直接検出可能なロードセルから構成されていたが、前輪７Ｆ、後輪７Ｒの空気圧から第１荷重及びモーメントを求める装置であってもよい。
図１に示すように、トラクタ１は、制御装置３０と、表示装置３１とを備えている。制御装置３０は、トラクタ１に関する制御を行う装置である。制御装置３０は、例えば、トラクタ１の作業系に関する制御を行ったり、トラクタ１の走行系の制御を行う。

制御装置３０には、クランク位置を検出するセンサ３２ａ、カム位置を検出するセンサ３２ｂ、原動機４の回転数（エンジン回転数）を検出するセンサ３２ｃ、アクセルの設定値を検出するセンサ３２ｄが接続されている。制御装置３２は、センサ３２ａ〜３２ｃ等で検出されたクランク位置、カム位置、エンジン回転数等の信号に基づいて求めた制御信号を、インジェクタ、コモンレール、サプライポンプ等に出力することで、原動機（エンジン）４を制御する。なお、インジェクタの制御では燃料噴射量、噴射時期、燃料噴射率が示された制御信号を当該インジェクタに出力する。また、サプライポンプやコモンレールの制御では燃料噴射圧等が示された信号を、当該サプライポンプやコモンレールに出力する。制御装置３０は、センサ３２ｄで検出された設定値に基づいて、エンジン回転数を制御する。制御装置３０による原動機４の制御は一例であり、限定されない。

また、制御装置３０には、例えば、運転席１０に設けられ且つ昇降を操作する昇降操作部材３３と、油圧制御弁３４とが接続されている。制御装置３０は、昇降操作部材３３が上昇側に操作されると、油圧制御弁３４に昇降の制御信号を出力して当該油圧制御弁３４の開度を設定し、当該油圧制御弁３４により作動する油圧シリンダ３５を伸長させ、連結部８を上昇させる。一方、制御装置３０は、昇降操作部材３３が下降側に操作されると、油圧制御弁３４に昇降の制御信号を出力して当該油圧制御弁３４の開度を設定し、当該油圧制御弁３４により作動する油圧シリンダ３５を収縮させ、連結部８を下降させる。即ち、制御装置３０は、連結部８の昇降動作を制御することができる。

表示装置３１は、運転席１０の近傍に設けられ、トラクタ１等に関する様々な情報を表示する装置である。トラクタ１の走行時等にオペレータが表示装置３１を見ることによって、トラクタ１の走行状態を把握したり、トラクタ１の様々な設定値を確認することができる。また、表示装置３１は、制御装置３０と接続していて。当該制御装置３０と様々な情報を送受信することができる。

作業機の状態管理システムは、演算部４０Ａを備えている。演算部４０Ａは、制御装置３０に設けられた電気・電子部品、当該制御装置３０等に組み込まれたプログラム等から構成されている。或いは、演算部４０Ａは、表示装置３１に設けられた電気・電子部品、
当該表示装置３１等に組み込まれたプログラム等から構成されている。図１では、演算部４０Ａが制御装置３０に設けられている例を示している。

演算部４０Ａは、車体３におけるゼロモーメントポイント（ＺＭＰ）を演算する。具体的には、演算部４０Ａは、車体３の支持点の第１荷重（床反力）、例えば、第１状態検出部２４ａ、第２状態検出部２４ｂ、第３状態検出部２４ｃ、第４状態検出部２４ｄで検出された第１荷重及びモーメントに基づいて、２次元で示されるＺＭＰを求める。さらに詳しくは、演算部４０Ａは、式（１）に基づき、ＺＭＰを求める。

図２Ａは、ＺＭＰと、臨界領域Ｑ１、安定領域Ｑ２、複数の車状態検出部２４（２４ａ、２４ｂ，２４ｃ、２４ｄ）で検出した床反力との関係を示した図である。図２Ａに示すように、ｆ_1Zは第１状態検出部２４ａで検出された床反力、ｆ_2Zは第２状態検出部２４ｂで検出された床反力、ｆ_3Zは第３状態検出部２４ｃで検出された床反力、ｆ_4Zは第４状態検出部２４ａで検出された床反力である。Ｐ_Xは、ゼロモーメントにおけるＸ軸方向の位置（Ｘ座標）、Ｐ_yは、ゼロモーメントにおけるＹ軸方向の位置（Ｙ座標）である。Ｐ_ixは、ｉ番目の支持点におけるＸ軸周りのモーメントであり、Ｐ_iyは、ｉ番目の支持点におけるＹ軸周りのモーメントである。

臨界領域Ｑ１は、車体３の支持点、即ち、複数の車状態検出部２４を設置した位置を結ぶ領域であって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の２次元で表される。安定領域Ｑ２は、トラクタ１（車体３）が走行時において、姿勢が安定する領域、例えば、安定して走行する領域であり、臨界領域Ｑ１から所定距離、内側へシフトした領域である。臨界領域Ｑ１と安定領域Ｑ２とを除く領域、即ち、臨界領域Ｑ１を構成する輪郭線と、安定領域Ｑ２を構成する輪郭線との間の領域は、不安定になり易い不安定領域Ｑ３である。

なお、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、車体３の安定についての理論的な状態を示している。図３Ａに示すように、トラクタ１（車体３）の全床反力（Ｆ＝ＺＭＰ）が臨界領域Ｑ１内（Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２＝Ｇ、Ｔ＝０、Ｆ１：前支持点の床反力、Ｆ２：後支持点の床反力、Ｔ：トルク、Ｇ：重力）である場合は、車体３は安定する。図３Ｂに示すように、車体３の全床反力（Ｆ＝ＺＭＰ）が臨界領域Ｑ１の境界にある場合（Ｆ＝Ｆ１＝Ｇ、Ｔ＝０）である場合は、車体３は不安定である。また、図３Ｃに示すように、車体３の全床反力（Ｆ＝ＺＭＰ）が臨界領域Ｑ１を超えて外側にある場合（Ｆ＝Ｆ１＝Ｇ、Ｔ≠０）である場合は、車体３は転倒する。即ち、この実施形態では、少なくとも安定領域Ｑ２は、臨界領域Ｑ１よりも内側に設定しているため、より車体３が安定する構成となっている。

安定領域Ｑ２は、制御装置３０又は表示装置３１に予め記憶されている。安定領域Ｑ２は、臨界領域Ｑ１を超えない範囲で表示装置３１を用いて設定してもよい。
表示装置（表示部）３１は、演算部４０Ａで演算されたゼロモーメントポイントに基づいて安定に関する情報を表示する。図２Ｂに示すように、表示装置３１をオペレータが操作すると、当該表示装置３１は、状態表示画面Ｍ１を表示する。状態表示画面Ｍ１は、臨界領域Ｑ１、安定領域Ｑ２及びＺＭＰを２次元で表示する。図２Ｂに示すように、状態表示画面Ｍ１は、臨界領域Ｑ１だけでなく、前輪７Ｆ、後輪７Ｒを示す図形７Ｄを表示してもよい。

詳しくは、オペレータがトラクタ１に乗車し、トラクタ１の走行を開始すると、表示装置３１は、状態表示画面Ｍ１を表示し、当該状態表示画面Ｍ１のフィールドに、臨界領域Ｑ１及び安定領域Ｑ２を表示する。また、表示装置３１は、演算部４０Ａによって演算したＺＭＰを逐次取得し、取得したＺＭＰ示すポインタ部Ｐ１を表示する。したがって、オペレータは、トラクタ１を走行させている状況下で表示装置３１に示されたＺＭＰ（ポイ
ンタ部Ｐ１）を見ることによって、トラクタ１の走行状態を把握することができる。特に、トラクタ１を斜面に沿って走行している場合は、オペレータは現在のトラクタ１が安定して斜面を走行できているか否かを表示装置３１により把握することができる。

図１に示すように、作業機の状態管理システムは、第１判断部４１を備えていてもよい。第１判断部４１は、制御装置３０に設けられた電気・電子部品、当該制御装置３０等に組み込まれたプログラム等から構成されている。或いは、第１判断部４１は、表示装置３１に設けられた電気・電子部品、当該表示装置３１等に組み込まれたプログラム等から構成されている。図１では、第１判断部４１が制御装置３０に設けられている例を示している。

第１判断部４１は、例えば、トラクタ１の走行が開始されると、安定領域Ｑ２を制御装置３０又は表示装置３１から取得すると共に、演算部４０Ａが演算したＺＭＰを取得する。そして、第１判断部４１は、取得したＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れているか否かを判断する、即ち、取得したＺＭＰが安定領域Ｑ２内にあるか否かを判断する。第１判断部４１は、演算部４０Ａが演算したＺＭＰが不安定領域Ｑ３に入った場合、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れたと判断する。一方で、第１判断部４１は、演算部４０Ａが演算したＺＭＰが安定領域Ｑ２内である場合、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れていないと判断する。

表示装置３１は、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れている場合、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れたことに対する警告を行う。表示装置３１は、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れていることを表示することで警告を行う。例えば、表示装置３１にＬＥＤ等のランプ又はランプに相当する図形を表示する。表示装置３１は、ＺＭＰが安定領域Ｑ２内にある場合には、ランプ又は図形を緑色に点灯し、ＺＭＰが安定領域Ｑ２内にない場合にはランプ又は図形を赤色に点灯させる。或いは、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れた場合には、表示装置３１の画面に文字で「安定領域Ｑ２から外れています」という警告を表示する。ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れている警告の表示は、状態表示画面Ｍ１に表示してもよいし、状態表示画面Ｍ１とは異なる画面で表示してもよい。また、表示装置３１に接続されているスピーカを用いて音を発生させることでＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れていることを警告してもよい。上述した表示装置３１の警告は、一例であり限定されない。

また、表示装置３１は、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れた場合に、ＺＭＰを安定領域Ｑ２内に戻す方法を表示してもよい。トラクタ１の走行中にＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れた場合、例えば、表示装置３１は、「エンジン回転数を下げて下さい」と表示する。エンジン回転数を下げることで、トラクタ１の走行速度が低下したり、トラクタ１に装着した作業装置２の作動速度を低下したり、トラクタ１の走行時における加速度を低下させることができ、トラクタ１の走行状態を安定化させることができる。なお、第１判断部４１は、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れた経過時間を求め、経過時間が閾値以上（数秒以上）になった場合に、表示装置３１がＺＭＰを安定領域Ｑ２内に戻す方法を表示してもよい。また、表示装置３１は、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れた場合に、ＺＭＰを安定領域Ｑ２内に戻す方法として、「アクセルを緩めて下さい」、「アクセルレバーを下げて下さい」といった具体的な操作方法を表示してもよい。また、制御装置３０は、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れた場合に、操縦装置１１の操舵角を自動的に設定することによって、トラクタ１を操舵し、ＺＭＰを安定領域Ｑ２に戻してもよい。

トラクタ１（車体３）は、報知部４２を備えていてもよい。報知部４２は、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れた場合に、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れたことを外部に報知する装置である。報知部４２は、前照灯、作業灯などであって、制御装置３０の制御信号によって作動する。ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れていると第１判断部４１が判断した場合に、制御装置３０は報知部４２に制御信号を出力し、当該報知部４２は、前照灯、作業灯等を点灯又は点滅させる。なお、報知部４２は、音を出力するスピーカであってもよし、外部機器にＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れたことを外部に報知する通信装置であってもよいし、その他の装置であってもよい。また、ＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れた場合に、操縦装置１１の操舵角を制御装置３０によって制御することによって、トラクタ１を安定領域Ｑ２
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態における作業機の状態管理システムを示している。第２実施形態では、第１実施形態と異なる構成について説明する。第２実施形態で示した構成の全部又は一部を、第１実施形態又は他の実施形態に適用してもよい。

図４に示すように、作業機の状態管理システムは、第２判断部４３を備えている。第２判断部４３は、制御装置３０に設けられた電気・電子部品、当該制御装置３０等に組み込まれたプログラム等から構成されている。或いは、第２判断部４３は、表示装置３１に設けられた電気・電子部品、当該表示装置３１等に組み込まれたプログラム等から構成されている。図４では、第２判断部４３が制御装置３０に設けられている例を示している。

第２判断部４３は、演算部４０Ａで演算したＺＭＰに基づいて、車体３にウエイト（重量物）が装着されているか否かを判断する。車体３の後部に作業装置２が装着され且つ車体３の前部にウエイトが装着されている状態では、図５に示すように、ＺＭＰは、トラクタ１の重心と略一致し、臨界領域Ｑ１が矩形状である場合には、当該ＺＭＰは、当該臨界領域Ｑ１の中心Ｏ１に位置する。逆に、車体３の前部に作業装置２が装着され且つ車体３の後部にウエイトが装着されている状態でも、ＺＭＰは、臨界領域Ｑ１の中心Ｏ１に位置する。一方で、車体３の前部又は後部に作業装置２が装着されている状態で、車体３にウエイトが装着されていない場合、ＺＭＰは、臨界領域Ｑ１の中心Ｏ１よりも前方又は後方に位置する。

第２判断部４３は、車体３の前部又は後部に作業装置２が装着されている状態で、ＺＭＰが臨界領域Ｑ１よりも閾値Ｄ１以上離れている場合に、車体３にウエイトが装着されていないと判断する。一方、第２判断部４３は、車体３の前部又は後部に作業装置２が装着されている状態で、ＺＭＰが臨界領域Ｑ１よりも閾値Ｄ１未満である場合に、車体３にウエイトが装着されていると判断する。

なお、車体３に作業装置２が装着されているか否かは、例えば、車体３の車載ネットワークに出力された作業装置２の情報に基づいて行う。例えば、作業装置２が車体３に連結され、当該作業装置２の情報が制御装置３０に入力された場合、第２判断部４３は、作業装置２が装着されていると判断する。一方、作業装置２の情報が制御装置３０に入力されなかった場合、第２判断部４３は、作業装置２が装着されていないと判断する。

或いは、車体３に作業装置２が装着されているか否かは、表示装置３１に入力された情報に基づいて行ってもよい。例えば、オペレータが入力インタフェース等を用いて、表示装置３１に作業装置２が装着されたことを入力した場合、第２判断部４３は、作業装置２が装着されていると判断する。一方、オペレータが表示装置３１に作業装置２が装着されたことを入力しなかった場合、第２判断部４３は、作業装置２が装着されていないと判断する。

或いは、車体３に作業装置２が装着されているか否かは、作業装置２の装着の有無を検出する検出装置を設けて、検出装置による検出結果に基づいて判断してもよい。検出装置は、カメラ等の撮像装置、赤外線センサ等の光学センサ等である。
表示装置３１は、車体３にウエイトが装着されていない場合に、ウエイトが装着されていないことに対する警告を行う。例えば、トラクタ１の原動機４の始動後、第２判断部４３によって車体３にウエイトが装着されていないと判断された場合、表示装置３１は、「ウエイトが装着されていません」、「ウエイトの装着状態を確認してください」等の表示をする。表示装置３１は、当該表示装置３１に接続されているスピーカを用いて音を発生させることでＺＭＰが安定領域Ｑ２から外れていることを警告してもよい。

なお、トラクタ１にジャイロセンサ、加速度センサ等を有する慣性装置を設け、当該慣性装置によってトラクタ１（車体３）の水平であるか否かを検出したうえで、車体３にウエイトが装着されているかいないかを判断してもよい。即ち、第２判断部４３は、車体３の前部又は後部に作業装置２が装着され且つトラクタ１（車体３）が水平である場合に、車体３にウエイトが装着されているか否かを判断する。このようにすれば、トラクタ１が水平状態である場合に、作業装置２が装着されているか否かを判断することができ、ウエイトが装着されていない場合に適正な警告を行うことができる。
［第３実施形態］
図６は、第３実施形態における作業機の状態管理システムを示している。第３実施形態では、第１実施形態又は第２実施形態と異なる構成について説明する。第３実施形態で示した構成の全部又は一部を、第１実施形態、第２実施形態に適用してもよい。

作業機の状態管理システムは、演算部４０Ｂを備えている。演算部４０Ｂは、制御装置３０に設けられた電気・電子部品、当該制御装置３０等に組み込まれたプログラム等から構成されている。或いは、演算部４０Ｂは、制御装置３０に設けられた電気・電子部品、当該制御装置３０等に組み込まれたプログラム等から構成されている。図６では、演算部４０Ｂが制御装置３０に設けられている例を示している。

演算部４０Ｂは、装置状態検出部５０によって検出した第２荷重及びモーメントに基づいて、ＺＭＰを演算する。図７に示すように、装置状態検出部５０は、作業装置２に設けられている。装置状態検出部５０は、少なくとも作業装置２に掛かる第２荷重（床反力）及びモーメントを検出する装置であって、３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の第２荷重及びモーメントが検出可能な６分力型のロードセルで構成されている。

また、作業装置２は、車体３（連結部）と連結するフレーム５１と、第１車輪５２と、第２車輪５３と、第１車輪５２及び第２車輪５３を支持する車軸５４とを有している。装置状態検出部５０は、第１車輪５３に対応する第５状態検出部５０ａと、第２車輪５４に対応する第６状態検出部５０ｂとを含んでいる。第５状態検出部５０ａは、車軸５４の左側に取付けられ、第６状態検出部５０ｂは、車軸５４の右側に取付けられている。第５状態検出部５０ａ及び第６状態検出部５０ｂの取付場所は上述した例に限定されず、第１車輪５２と、第２車輪５３に取付けてもよいし、その他の場所に取付けてもよい。

図７に示すように、臨界領域Ｑ４は、車体３の支持点と、作業装置２の支持点とで囲まれる領域であって、第１状態検出部２４ａ、第２状態検出部２４ｂ、第５状態検出部５０ａ、第６状態検出部５０ｂとを結ぶ領域である。安定領域Ｑ５は、臨界領域Ｑ４から所定距離、内側へシフトした領域である。臨界領域Ｑ４と安定領域Ｑ５とを除く領域は、不安定になり易い不安定領域Ｑ６である。安定領域Ｑ５は、制御装置３０又は表示装置３１に予め記憶されている。安定領域Ｑ５は、臨界領域Ｑ４を超えない範囲で表示装置３１を用いて設定してもよい。

演算部４０Ｂは、車体３及び作業装置２におけるＺＭＰを演算する。具体的には、演算部４０Ｂは、例えば、第１状態検出部２４ａ、第２状態検出部２４ｂ、第５状態検出部５０ａ、第６状態検出部５０ｂで検出された第２荷重及びモーメントに基づいて、ＺＭＰを求める。ＺＭＰの計算方法は、第１実施形態と同様である。なお、ｆ_1Zは第１状態検出部２４ａで検出された床反力、ｆ_2Zは第２状態検出部２４ｂで検出された床反力、ｆ_3Zは第５状態検出部５０ａで検出された床反力、ｆ_4Zは第６状態検出部５０ｂで検出された床反力である。以上によれば、演算部４０Ｂによって、車体３と作業装置２との両方のＺＭＰを演算することができ、車体３及び作業装置２とが安定しているか否かを判断することができる。

図６に示すように、作業機の状態管理システムは、領域演算部４４を備えていてもよい。領域演算部４４は、制御装置３０に設けられた電気・電子部品、当該制御装置３０等に組み込まれたプログラム等から構成されている。或いは、領域演算部４４は、表示装置３１に設けられた電気・電子部品、当該表示装置３１等に組み込まれたプログラム等から構成されている。図６では、領域演算部４４が制御装置３０に設けられている例を示している。

領域演算部４４は、車体３に対する車体状態検出部２４の位置と、作業装置２に対する装置状態検出部５０の位置とに基づいて、安定領域Ｑ５を演算する。図７に示すように、車体３と作業装置２とが直線上に並ぶ場合は、臨界領域Ｑ４が矩形であり、安定領域Ｑ５も矩形である。図８に示すように、トラクタ１が操舵して、車体３と作業装置２とが直線上に並ばなくなった場合、臨界領域Ｑ４は変形する。領域演算部４４は、トラクタ１が操舵した場合等に、当該トラクタ１と作業装置２との角度（トラクタ１の連結部８に対するフレーム５１の角度）θに基づいて、臨界領域Ｑ４を求め、求めた臨界領域Ｑ４に基づい
て安定領域Ｑ５を求める。

以上によれば、領域演算部４４によってトラクタ１（車体３）と作業装置２との位置関係に基づいて、安定領域Ｑ５を演算することができ、演算した安定領域Ｑ５とＺＭＰとを比較することにより、例えば、トラクタ１で作業装置２を牽引しながら作業を行っている際に、トラクタ１及び作業装置２が安定して走行しているかを把握することができる。特に、領域演算部４４によって、トラクタ１が操舵した場合に、安定領域Ｑ５を求めているため、当該トラクタ１を左又は右に操舵した場合に、トラクタ１及び作業装置２が安定して走行できているかを把握することができる。

また、上述した作業機の状態管理システムには、演算部４０Ａ、４０Ｂ、第１判断部４１、第２判断部４３、領域演算部４４を、トラクタ１の機器（制御装置３０、表示装置３１）に設けているが、演算部４０Ａ、４０Ｂ、第１判断部４１、第２判断部４３、領域演算部４４の少なくとも１つを端末に設けてもよいし、ＺＭＰに関する情報を表示する表示部を端末に設けてもよい。

例えば、図９は、作業機の状態管理システムの一例を示している。図９に示すように、作業機の状態管理システムは、通信装置５５と、端末５６とを備えている。通信装置５５は、トラクタ１に設けられ、トラクタ１のデータ（情報）を当該トラクタ１の外部に出力したり、外部のデータをトラクタ１に取り込む装置である。通信装置５５は、ＷｉＦｉ（商標）、ＢＬＥ等の近距離無線通信が可能である。また、通信装置５５は、携帯電話通信網、データ通信網、携帯電話通信網等によって無線通信を行う装置であってもよい。

端末５６は、携帯端末、管理端末等である。携帯端末は、トラクタ１に乗車するオペレータ等が所持可能であって、比較的演算能力の高いスマートフォン（多機能携帯電話）、タブレット、ＰＤＡ等である。管理端末は、トラクタ１を管理する管理者が所有するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）であって固定型のコンピュータである。
携帯端末、管理端末のいずれであっても、端末５６は、通信装置５５と無線通信可能である。例えば、携帯端末５５は、車体状態検出部２４が検出した情報が受信可能である。端末５６は、ＺＭＰに関して制御装置３０と同様の構成又は機能を有しており、例えば、演算部４０Ａと、第１判断部４１と、表示部４７とを備えている。演算部４０Ａ及び第１判断部４１は、上述した実施形態と同様である。表示部４７は、上述した表示装置３１と同様の構成又は機能を有している。

図９に示した作業機の状態管理システムでは、端末５６が携帯端末である場合、オペレータ等が操縦している時に携帯端末を見ることにより、トラクタ１が安定して走行しているかを簡単に把握することができる。また、端末５６が管理端末である場合、トラクタ１を管理する管理者が当該トラクタ１から離れた場所で、トラクタ１が安定して走行中であるか否かを簡単に把握することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ トラクタ（作業機）
２ 作業装置
３ 車両（車体）
３１ 表示装置（表示部）
４０Ａ 演算部
４０Ｂ 演算部
４１ 第１判断部
４２ 報知部
４３ 第２判断部
４４ 領域演算部
４７ 表示部
Ｑ２ 安定領域
Ｑ５ 安定領域

Claims (10)

1. 作業装置が装着可能で且つ走行可能な車体におけるゼロモーメントポイントを演算する演算部と、
   前記演算部で演算されたゼロモーメントポイントに基づいて作業機の安定に関する情報を表示可能な表示部と、
   前記演算部で演算したゼロモーメントポイントに基づいて、前記車体にウエイトが装着されているか否かを判断する第２判断部と、
   を備え、
   前記表示部は、前記車体に前記ウエイトが装着されていない場合に、前記ウエイトが装着されていないことに対する警告を行う作業機の状態管理システム。
2. 前記表示部は、前記車体に対して定められた安定領域と、前記ゼロモーメントポイントとを表示する請求項１に記載の作業機の状態管理システム。
3. 前記演算部で演算したゼロモーメントポイントが、前記車体に対して定められた安定領域から外れているか否かを判断する第１判断部を備え、
   前記表示部は、前記ゼロモーメントポイントが前記安定領域から外れた場合に、前記ゼロポイントが前記安定領域から外れたことに対する警告を行う請求項１又は２に記載の作業機の状態管理システム。
4. 前記表示部は、前記ゼロモーメントポイントが前記安定領域から外れた場合に、前記ゼロモーメントポイントを前記安定領域内に戻す方法を表示する請求項３に記載の作業機の状態管理システム。
5. 前記車体は、前記ゼロモーメントポイントが前記安定領域から外れた場合に、前記ゼロモーメントポイントが前記安定領域から外れたことを外部に報知する報知部を有している請求項３又は４に記載の作業機の状態管理システム。
6. 前記演算部は、前記車体に設けた車体状態検出部によって検出した第１荷重及びモーメントに基づいて、前記ゼロモーメントポイントを演算する請求項１〜５のいずれかに記載の作業機の状態管理システム。
7. 前記演算部は、前記車体に連結された作業装置に設けられた装置状態検出部によって検出した第２荷重及びモーメントに基づいて、前記ゼロモーメントポイントを演算する請求項１〜６のいずれかに記載の作業機の状態管理システム。
8. 前記車体に対する車体状態検出部の位置と、前記作業装置に対する装置状態検出部の位置とに基づいて、前記安定領域を演算する領域演算部を備えている請求項７に記載の作業機の状態管理システム。
9. 前記演算部、前記表示部は前記作業機に設けられている請求項１〜８のいずれかに記載の作業機の状態管理システム。
10. 前記演算部、前記表示部は携帯端末に設けられている請求項１〜８のいずれかに記載の作業機の状態管理システム。

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