專利名稱：倒立雙輪式搬運(yùn)車及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種進(jìn)行貨物或人的運(yùn)載作業(yè)的搬運(yùn)車，尤其涉及一種具備用于使原本不 穩(wěn)定的機(jī)身保持平衡，以穩(wěn)定地搬運(yùn)貨物或人的機(jī)構(gòu)技術(shù)及控制技術(shù)的倒立雙輪式搬運(yùn) 車。另外，本發(fā)明涉及一種即使通過倒立雙輪式搬運(yùn)車上下坡道時(shí)，仍可使搭載貨物或人 等重物的貨臺(tái)始終保持水平，以穩(wěn)定的姿勢行進(jìn)的倒立雙輪式搬運(yùn)車。此外，本發(fā)明涉及 一種即使倒立雙輪式搬運(yùn)車的行進(jìn)路徑中存在臺(tái)階(step)，仍能夠以穩(wěn)定的姿勢跨過臺(tái)階 行進(jìn)的倒立雙輪式搬運(yùn)車。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的倒立雙輪式搬運(yùn)車，已知有利用控制技術(shù)使不穩(wěn)定的機(jī)身保持平衡的同 時(shí)，穩(wěn)定地運(yùn)送貨物或人的搬運(yùn)車(例如，參照日本專利公開公報(bào)特開昭63-305082號(hào)(以 下稱作"專利文獻(xiàn)l"))。圖27及圖28表示上述專利文獻(xiàn)l所公開的現(xiàn)有的倒立雙輪式 搬運(yùn)車。圖27及圖28中， 一對車輪102、 103被固定于車軸IOI的兩端，四角框形狀的車身 104被傾斜可能地支撐于車軸101。支軸105被轉(zhuǎn)動(dòng)可能地架設(shè)并支撐于車身104的上部， 姿勢控制臂106被懸掛并固定于支軸105的中央，同時(shí)重錘106a被安裝于姿勢控制臂106 的下端。在重錘106a的正下方，可正反轉(zhuǎn)的車輪驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)107固定于車身104，其驅(qū)動(dòng) 軸107a與車軸101之間夾有減速齒輪組108。由此，車輪驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)107的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 減速后被傳遞至車軸101，車輪102、 103正反轉(zhuǎn)動(dòng)。在支軸105的正上方，可正反轉(zhuǎn)的 姿勢控制臂驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)109被安裝于車身104，其驅(qū)動(dòng)軸109a與支軸105之間夾有減 速齒輪組IIO。由此，姿勢控制臂驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)109的轉(zhuǎn)動(dòng)被減速后傳遞至支軸105，使 姿勢控制臂106前后搖動(dòng)。車身104的一側(cè)設(shè)有第l旋轉(zhuǎn)編碼器111，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸llla被設(shè)定于車軸101的延長 線上。 一對接觸片112、 113以呈直角狀態(tài)被安裝于轉(zhuǎn)動(dòng)軸llla上，其前端滑動(dòng)可能地 接觸地面。由此，檢測出車身104相對于鉛垂線(vertical line)的傾斜角。車輪驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)107上安裝有第2旋轉(zhuǎn)編碼器114，同時(shí)姿勢控制臂驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)109上安裝有第3旋 轉(zhuǎn)編碼器115，檢測兩個(gè)電動(dòng)機(jī)107、 109的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，即車輪102、 103的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、 相對于鉛垂線的傾斜角及姿勢控制臂106相對于車身104的角度。車身104的下部搭載有 由微電腦構(gòu)成的控制電腦116，上述各旋轉(zhuǎn)編碼器111、 114、 115的檢測信號(hào)被輸入其中?？刂朴?jì)算機(jī)116，根據(jù)輸入信號(hào)計(jì)算車輪驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)107及姿勢控制臂驅(qū)動(dòng)用電動(dòng) 機(jī)109的控制扭矩，指令車輪驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)107及姿勢控制臂驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)109實(shí)施與上 述控制扭矩相當(dāng)?shù)膭?dòng)作。具體而言，由編碼器111、 114、 115檢測到的角度構(gòu)成表示機(jī) 器人(倒立雙輪式搬運(yùn)車)的姿勢的狀態(tài)變量，因此，適用機(jī)器人的力學(xué)模型，將上述值 乘于預(yù)先作為使姿勢保持穩(wěn)定的最佳調(diào)節(jié)器問題(optimal regulator problem)計(jì)算出的狀 態(tài)反饋系數(shù)，求出針對車輪驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)107及臂驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)109的控制扭矩。結(jié)果， 一旦車身104偏斜，車輪102、 103向車身104的偏斜方向移動(dòng)，同時(shí)姿勢控制臂106向' 車身104的偏斜方向的相反側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，切實(shí)進(jìn)行車身104的水平平衡復(fù)原。另外，作為現(xiàn)有的其他倒立搬運(yùn)車，已知有日本專利公開公報(bào)特開2004-129435號(hào)(以 下稱作"專利文獻(xiàn)2")公開的倒立搬運(yùn)車。圖29是表示專利文獻(xiàn)2所公開的現(xiàn)有的倒立搬 運(yùn)車的圖。圖29中，椅子狀搬運(yùn)裝置331，包括大致呈球狀的球狀轉(zhuǎn)動(dòng)體337、設(shè)置于球狀轉(zhuǎn)動(dòng) 體337上的框體333、用于供車輛操縱員就座的座席334、以及用于改變椅子狀搬運(yùn)裝置 331的重心位置的第1配重部(counterweight portion)349c及第2配重部349b?？蝮w333中設(shè)有驅(qū)動(dòng)球狀轉(zhuǎn)動(dòng)體337的未圖示的驅(qū)動(dòng)部及控制部、檢測框體333的姿 勢(傾斜角度)的未圖示的傾斜角度傳感器。傾斜角度傳感器檢測框體333相對于垂線的 傾斜角度所對應(yīng)的信號(hào)，控制部根據(jù)與框體333的傾斜角度對應(yīng)的信號(hào)，向驅(qū)動(dòng)部輸出驅(qū) 動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)部使大致呈球狀的轉(zhuǎn)動(dòng)體337轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制框體333的姿勢及移動(dòng)。當(dāng)車輛操縱員采取前傾、后傾等姿勢移動(dòng)了身體重心時(shí)，重心的移動(dòng)正確地傳遞至框 體333，并與上述姿勢控制相結(jié)合，從而可使椅子狀搬運(yùn)裝置331沿車輛操縱員的目標(biāo)方 向行進(jìn)。另外，第l配重部349c被配置以用于在x軸方向上進(jìn)行重量移動(dòng)，第2配重部349b 被配置以用于在y軸方向上進(jìn)行重量移動(dòng)。因此，可通過第1配重部349c與第2配重部 349b，在平面上改變重心位置。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，對于當(dāng)車輛操縱員的就座位置偏離預(yù)定位置，車輛操縱員的重心與搬運(yùn)裝置331的重心不一致時(shí)發(fā)生的框體333的傾斜，控制部可根據(jù)與框體333的傾斜角度8對應(yīng)的信號(hào)，輸出配重驅(qū)動(dòng)信號(hào)，恢復(fù)框體333的水平平衡。
然而，上述專利文獻(xiàn)1、 2所公開的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，通過移動(dòng)安裝于姿勢控制臂106 的前端的重錘106a的位置，或移動(dòng)預(yù)先裝入機(jī)身內(nèi)部的第1及第2配重部349c、 349b， 恢復(fù)機(jī)身的水平平衡，因此存在當(dāng)搭載質(zhì)量大于配重的較大的貨物與人時(shí)，無法僅通過移 動(dòng)上述重錘106a的位置或第1及第2配重部349c、 349b，恢復(fù)機(jī)身的水平的問題。另夕卜， 存在假如將重錘與配重的重量增大到足夠大，則機(jī)身重量會(huì)增大，損害作為移動(dòng)體的運(yùn)動(dòng) 性能的問題。
另外，存在如下問題，當(dāng)采用質(zhì)量盡可能小的重錘與配重時(shí)，為了減小其質(zhì)量并增大 配重的力矩，必須盡可能擴(kuò)大其移動(dòng)范圍，但因形狀較大，設(shè)計(jì)可抗衡重心偏離的配重機(jī) 構(gòu)實(shí)際上較為困難。
此外，上述專利文獻(xiàn)1、 2所公開的倒立式搬運(yùn)車中，沒有進(jìn)行針對上下行進(jìn)路徑中 存在的臺(tái)階等垂直方向的位移的控制，因此，存在車輪無法很好地跨過臺(tái)階而發(fā)生翻車的 問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種倒立雙輪式搬運(yùn)車，對原本不穩(wěn)定的機(jī)身通過控制使其保 持平衡，即使所搭載的貨物或人的重心與機(jī)身的重心發(fā)生偏移，仍可將搭載有貨物或人的 整個(gè)機(jī)身的重心位置自動(dòng)地移至車軸的位置，從而恢復(fù)水平平衡。
本發(fā)明的另一目的為提供一種倒立雙輪式搬運(yùn)車，對原本不穩(wěn)定的機(jī)身通過控制使其 保持平衡，進(jìn)行對垂直方向的位移的控制，能夠讓跨過臺(tái)階的行進(jìn)以穩(wěn)定的姿勢進(jìn)行。
本發(fā)明提供的一種倒立雙輪式搬運(yùn)車，包括，具有可搭載貨物或人的貨臺(tái)的機(jī)身；由
以間隔一定距離被設(shè)置于同一軸上的兩個(gè)車輪予以支撐的托架；被設(shè)置于所述機(jī)身與所述
托架之間，使所述機(jī)身與所述托架的相對位置相對于所述托架的前進(jìn)方向位移的移動(dòng)機(jī)構(gòu)
部；檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的姿勢的傾斜檢測部；檢測所述托架的行進(jìn)狀態(tài)的行進(jìn)
檢測部；產(chǎn)生分別作用于所述兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力的第l致動(dòng)器；產(chǎn)生介于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)部
作用于所述機(jī)身的推力的第2致動(dòng)器；向所述第1致動(dòng)器與所述第2致動(dòng)器輸出扭矩指令與
推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部；生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目標(biāo)指令值的目
標(biāo)指令部；輸入有所述目標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，根
據(jù)所述目標(biāo)指令值與所述檢測信號(hào)的偏差，生成偏差補(bǔ)償信號(hào)的偏差補(bǔ)償部；至少輸入有
所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，生成用于控制所述機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化
9信號(hào)的穩(wěn)定化補(bǔ)償部，其中，所述偏差補(bǔ)償部通過對基于所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信 號(hào)進(jìn)行對于時(shí)間的至少雙重積分的處理，來生成所述偏差補(bǔ)償信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)控制部根據(jù) 所述偏差補(bǔ)償信號(hào)與所述穩(wěn)定化信號(hào)，生成所述扭矩指令與所述推力指令。
根據(jù)上述技術(shù)方案，在通過控制使原本不穩(wěn)定的機(jī)身保持平衡的倒立雙輪式搬運(yùn)車 中，即使所搭載的貨物或人的重心與機(jī)身的重心發(fā)生偏位，移動(dòng)機(jī)構(gòu)部仍可將搭載有貨物 或人的整個(gè)機(jī)身的重心位置自動(dòng)移至搬運(yùn)車的車軸位置，保持貨臺(tái)的水平平衡。
本發(fā)明提供的另一種倒立雙輪式搬運(yùn)車，包括，具有可搭載貨物或人的貨臺(tái)的機(jī)身； 由以間隔一定距離被設(shè)置于同一軸上的兩個(gè)車輪予以支撐的托架；被設(shè)置于所述機(jī)身與所 述托架之間，使所述機(jī)身與所述托架的相對位置相對于所述托架的前進(jìn)方向位移的移動(dòng)機(jī) 構(gòu)部；檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的姿勢的傾斜檢測部；檢測所述托架的行進(jìn)狀態(tài)的行 進(jìn)檢測部；檢測所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度檢測部；產(chǎn)生分別作用于所述 兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力的第l致動(dòng)器；產(chǎn)生介于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)部作用于所述機(jī)身的推力的第2致 動(dòng)器；向所述第1致動(dòng)器與所述第2致動(dòng)器輸出扭矩指令與推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部，其中， 所述控制部根據(jù)所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)與所述行進(jìn)檢測部的檢測信號(hào)，控制所述第l 致動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩與所述第2致動(dòng)器的推力，并根據(jù)通過所述垂直加速度檢測部檢測到的 加速度的大小，調(diào)整所述第2致動(dòng)器的推力。
根據(jù)上述技術(shù)方案，在通過控制使原本不穩(wěn)定的機(jī)身保持平衡的倒立雙輪式搬運(yùn)車 中，可以對垂直方向的位移進(jìn)行控制，以穩(wěn)定的姿勢跨過臺(tái)階行進(jìn)。


圖1是本發(fā)明第1實(shí)施例的倒立雙輪式搬運(yùn)車的立體圖。 圖2是圖1所示的倒立雙輪式搬運(yùn)車的側(cè)視圖。 圖3是圖1所示的倒立雙輪式搬運(yùn)車的正視圖。
圖4是用于說明本發(fā)明的第1實(shí)施例的倒立雙輪式搬運(yùn)車的各常數(shù)的定義的圖。 圖5是本發(fā)明的第1實(shí)施例的倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制部的一個(gè)實(shí)例的方框圖。 圖6是表示說明本發(fā)明的第1實(shí)施例的倒立雙輪式搬運(yùn)車上坡動(dòng)作的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的 時(shí)間波形圖。
圖7是表示說明現(xiàn)有的無移動(dòng)機(jī)構(gòu)部的倒立雙輪式搬運(yùn)車上坡動(dòng)作的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的 時(shí)間波形圖。
圖8是用于圖6及圖7的倒立雙輪式搬運(yùn)車的動(dòng)作模擬實(shí)驗(yàn)的速度指令的時(shí)間波形圖。圖9是用于圖6及圖7的倒立雙輪式搬運(yùn)車的動(dòng)作模擬實(shí)驗(yàn)的坡道的形狀剖視圖。 圖IO是根據(jù)圖7的倒立雙輪式搬運(yùn)車上坡時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，模式化地表示機(jī)身的 前傾姿勢的示圖。
圖11是根據(jù)圖6的倒立雙輪式搬運(yùn)車上坡時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，模式化地表示機(jī)身的 前傾姿勢的示圖。
圖12是用于本發(fā)明的第1實(shí)施例中的倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制部的偏差補(bǔ)償部的一 個(gè)實(shí)例的框線圖。
圖13是作為比較例用于模擬實(shí)驗(yàn)的偏差補(bǔ)償部的框線圖。
圖14是表示采用如圖13所示的比較例的偏差補(bǔ)償部時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間波形圖。
圖15是用于倒立雙輪式搬運(yùn)車的動(dòng)作模擬實(shí)驗(yàn)的臺(tái)階的形狀剖視圖。
圖16是表示說明現(xiàn)有的無移動(dòng)機(jī)構(gòu)部的倒立雙輪式搬運(yùn)車的臺(tái)階跨過動(dòng)作的模擬實(shí)
驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間波形圖。
圖17是表示說明本發(fā)明的第1實(shí)施例中的倒立雙輪式搬運(yùn)車的臺(tái)階跨過動(dòng)作的模擬
實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間波形圖。
圖18是模式化地表示圖16的倒立雙輪式搬運(yùn)車跨過臺(tái)階時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示圖。 圖19是模式化地表示圖17的倒立雙輪式搬運(yùn)車跨過臺(tái)階時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示圖。 圖20是本發(fā)明的第2實(shí)施例中的倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制部的一個(gè)實(shí)例的方框圖。 圖21是構(gòu)成如圖21所示的控制部的信號(hào)轉(zhuǎn)換部的更為具體的一個(gè)實(shí)例的方框圖。 圖22是表示作為比較例，設(shè)有移動(dòng)機(jī)構(gòu)部的倒立雙輪式搬運(yùn)車不具備垂直加速度傳
感器時(shí)跨過臺(tái)階的動(dòng)作模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間波形圖。
圖23是表示說明本發(fā)明的第2實(shí)施例中的倒立雙輪式搬運(yùn)車的臺(tái)階跨過動(dòng)作的模擬
實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間波形圖。
圖24是當(dāng)垂直加速度檢測部檢測到垂直方向的加速度時(shí)脈沖生成部生成的脈沖信號(hào)
的時(shí)間波形圖。
圖25是本發(fā)明的第2實(shí)施例中的倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制部的另一個(gè)實(shí)例的方框圖。 圖26是表示構(gòu)成如圖25所示的控制部的信號(hào)轉(zhuǎn)換部的更為具體的一個(gè)實(shí)例的方框圖。
圖27是表示現(xiàn)有的通過臂與前端的重錘來保持平衡的倒立雙輪式搬運(yùn)車的立體圖。
圖28是表示如圖27所示的倒立雙輪式搬運(yùn)車的側(cè)視圖。
11圖29是表示裝入現(xiàn)有的椅子形座席中的配重的立體圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。 (第l實(shí)施例)
圖l是本發(fā)明第l實(shí)施例中的倒立雙輪式搬運(yùn)車的立體圖，圖2是上述倒立雙輪式搬運(yùn) 車的側(cè)視圖，圖3是上述倒立雙輪式搬運(yùn)車的正視圖。
圖1至圖3中，兩個(gè)車輪la、 lb，設(shè)置在同一軸上，分別連接于兩個(gè)車軸2a、 2b。兩個(gè) 第l致動(dòng)器3a、 3b由電動(dòng)機(jī)等構(gòu)成，分別連接于兩個(gè)車軸2a、 2b，并分別獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 兩個(gè)車輪la、 lb。托架5可圍繞車軸2a、 2b的軸轉(zhuǎn)動(dòng)并保持由車軸2a、 2b所支投的第l致動(dòng) 器3a、 3b。第l致動(dòng)器3a、 3b由控制倒立雙輪式搬運(yùn)車10的行進(jìn)動(dòng)作等的控制部9予以驅(qū)動(dòng) 控制，使倒立雙輪式搬運(yùn)車10行進(jìn)的同時(shí)，使機(jī)身4的姿勢保持平衡。傾斜傳感器6構(gòu)成檢 測機(jī)身4的姿勢，即傾斜角的傾斜檢測部，作為傾斜傳感器6的一個(gè)實(shí)例，可采用陀螺傳感 器。編碼器12a、 12b安裝于第l致動(dòng)器3a、 3b或車輪la、 lb上，構(gòu)成檢測托架(carriage)5的 行進(jìn)狀態(tài)的行進(jìn)檢測部。垂直加速度傳感器13構(gòu)成垂直加速度檢測部，檢測倒立雙輪式搬 運(yùn)車10的垂直方向上的加速度。另外，若不檢測垂直方向上的加速度時(shí)，可略去垂直加速 度傳感器13。
上述倒立雙輪式搬運(yùn)車10的機(jī)身4與托架5之間設(shè)有移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7，其可通過第2致動(dòng)器 11,使機(jī)身4與托架5的相對位置相對于倒立雙輪式搬運(yùn)車10的前進(jìn)方向位移。為了減少摩 擦，移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7中，輥軸部7a、 7b設(shè)置于承重面7c、 7d之間，通過第2致動(dòng)器11，使托 架5與機(jī)身4的相對位置可以自如地位移。第2致動(dòng)器11由可直線運(yùn)動(dòng)的線性電動(dòng)機(jī)、或轉(zhuǎn) 動(dòng)電動(dòng)機(jī)及將轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。
另外，對于上述倒立雙輪式搬運(yùn)車IO，作為貨臺(tái)的一個(gè)實(shí)例，機(jī)身4的上部設(shè)置有搭 乘人的搭乘座席8。并且，貨臺(tái)的實(shí)例并不局限于該例，擱放貨物時(shí)，可采用適合擱放貨 物的貨物擱放臺(tái)等取代搭乘座席8。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，傾斜傳感器6檢測重力方向，并檢測機(jī)身4相對于重力方向的傾斜姿勢， 向控制部9輸出檢測信號(hào)?？刂撇?根據(jù)檢測到的傾斜，向第l致動(dòng)器3a、 3b與第2致動(dòng)器 ll發(fā)出適宜的扭矩指令與推力指令，并進(jìn)行調(diào)整，從而使機(jī)身4的姿勢保持平衡。另外， 車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，通過對安裝于第l致動(dòng)器3a、 3b上的編碼器12a、 12b的脈沖進(jìn)行 計(jì)數(shù)予以測定。
12下面對本實(shí)施例所涉及的倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制系統(tǒng)加以說明。圖4是用于說明本 發(fā)明的第l實(shí)施例的倒立雙輪式搬運(yùn)車的各常數(shù)的定義的示圖。
如圖4所示，設(shè)機(jī)身4的傾斜角為小，車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)角為e，通過移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7實(shí)現(xiàn) 的機(jī)身4相對于托架5的相對位移量為5，機(jī)身4的質(zhì)量為ml，機(jī)身4的慣性力矩為J1，托架 5的質(zhì)量為m2，托架5的慣性力矩為J2，車輪la、 lb的質(zhì)量為m3 (因有兩個(gè)車輪la、 lb， 故表示為1個(gè)車輪的質(zhì)量的2倍)，車輪la、 lb的慣性力矩為J3 (因有兩個(gè)車輪la、 lb， 故表示為1個(gè)車輪的慣性力矩的2倍)，車輪la、 lb的半徑為r，從車輪2a、 2b的軸中心到 機(jī)身4的重心31的高度(距離)為ll，從車軸2a、 2b的軸中心到托架5的重心32的高度(距 離)為12。
并且，圖4中，質(zhì)量與慣性力矩因貨物或人搭載于貨臺(tái)，即搭乘座席8上而增加的部分， 包含在機(jī)身4的質(zhì)量ml及慣性力矩Jl中。另夕卜，第l致動(dòng)器3a、 3b的轉(zhuǎn)動(dòng)通過未圖示的減 速機(jī)構(gòu)傳遞至車輪la、 lb，但第l致動(dòng)器3a、 3b的從車輪la、 lb角度看的慣性力矩(如將 第l致動(dòng)器的慣性力矩及減速比分別定義為Jm與n，則為naxJm)包含在車輪la、 lb的慣 性力矩J3中。
另外，將介于減速機(jī)構(gòu)從第l致動(dòng)器3a、 3b傳遞至車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩定義為T (如 將第l致動(dòng)器3a、 3b的發(fā)生力矩及減速比分別定義為tm、 n，則為nxtm)，將作用于移動(dòng) 機(jī)構(gòu)部7的第2致動(dòng)器11的推力定義為F，將車輪la、 lb轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的粘性摩擦系數(shù)定義為!it， 將移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的粘性摩擦系數(shù)定義為ixs。
將倒立雙輪式搬運(yùn)車10的上述常數(shù)設(shè)定如下。
機(jī)身4的質(zhì)量 ml二55kg
托架5的質(zhì)量 m2二15kg
車輪la、 lb的質(zhì)量 m3=3x2kg
機(jī)身4的慣性力矩 Jl二4kg . m2
托架5的慣性力矩 J2二0.2kg m2
車輪la、 lb的慣性力矩J3=0.1x2kg . m2
車輪la、 lb的半徑 r二0.2m
機(jī)身4的重心距離 ll=0.3m
托架5的重心距離 12=0. lm
車輪的粘性摩擦系數(shù) iit=0.0001N m/ (rad/s)
移動(dòng)機(jī)構(gòu)部的粘性摩擦系數(shù) iis=0.0001N/ (m/s)重力加速度 g=9.8m/s2
采用以上常數(shù)，如圖4所示的倒立雙輪式搬運(yùn)車10的運(yùn)動(dòng)方程式變?yōu)橐韵?式l)、(式
2) 及(式3)這3個(gè)公式。但是，當(dāng)?shù)沽㈦p輪式搬運(yùn)車10處于倒立狀態(tài)時(shí)，將機(jī)身4的傾斜 角4)視為非常小，采用<式4>、 <式5〉的近似公式進(jìn)行線性化。并且，圖及式中變量上方 的" "表示變量的一階時(shí)間微分，" "表示變量的二階時(shí)間微分。
<formula>formula see original document page 14</formula>...(式2)
<formula>formula see original document page 14</formula> (式3 )
<formula>formula see original document page 14</formula> (式4)
<formula>formula see original document page 14</formula> ...(式5)
并且，如將狀態(tài)變量定義為(式6)，將輸入定義為(式7)，(式l)、(式2)及(式
3) 可整理成(式8)的狀態(tài)方程式。并且，(式6)及(式7)中記述的T表示矢量的轉(zhuǎn)置 操作。
<formula>formula see original document page 14</formula> ….(式6)
<formula>formula see original document page 14</formula>...(式7)
<formula>formula see original document page 14</formula>...(式8)
此處，機(jī)身4的傾斜角小可通過傾斜傳感器6測定，車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)角e可通過編碼
器12a、 12b測定。另外，移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的相對位移量S可在移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7上安裝位置傳感器，
直接測定機(jī)身4與托架5的偏位，另外，也可根據(jù)(式8)的狀態(tài)方程式，設(shè)置普遍使用的
狀態(tài)觀測器，根據(jù)可測定的兩個(gè)狀態(tài)變量(小，9)與兩個(gè)輸入值(T， F)推算出移動(dòng)機(jī)
構(gòu)部7的相對位移量S。若設(shè)置狀態(tài)觀測器，可不必為了測定機(jī)身4與托架5的偏位5而特意
在移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7設(shè)置位置傳感器，因此可降低裝置的成本。
如上所述，(式6)的狀態(tài)變量均可測定，可通過利用最佳調(diào)節(jié)器法(optimal regulator
method)等確定適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)反饋增益，使倒立雙輪式搬運(yùn)車10處于倒立狀態(tài)時(shí)保持穩(wěn)定。
圖5是本發(fā)明的第1實(shí)施例的倒立雙輪式搬運(yùn)車10的控制部9的一個(gè)實(shí)例的方框圖。圖5
中，控制部9包括穩(wěn)定化補(bǔ)償部41、狀態(tài)觀測部42、驅(qū)動(dòng)控制部43、目標(biāo)狀態(tài)生成部44及偏差補(bǔ)償部45。并且，圖5中，作為框線圖中的控制對象物，對倒立雙輪式搬運(yùn)車10予以 了圖示，并將第l致動(dòng)器3a、 3b、第2致動(dòng)器11、傾斜傳感器6及編碼器12a、 12b等合并， 以l個(gè)方框表示。
如圖5所示，圖l所示的倒立雙輪式搬運(yùn)車10是一個(gè)向驅(qū)動(dòng)車輪la、 lb使其轉(zhuǎn)動(dòng)的第l 致動(dòng)器3a、 3b輸入扭矩指令T、向移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的第2致動(dòng)器11輸入推力指令F、輸出(式6) 重的6個(gè)狀態(tài)變量的2輸入6輸出系統(tǒng)。
此處，倒立雙輪式搬運(yùn)車10的(式6)中的狀態(tài)變量x中，僅車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)角e與 機(jī)身4的傾斜角4)可分別通過編碼器12a、 12b與傾斜傳感器6予以檢測。另外，將轉(zhuǎn)動(dòng)角e 及傾斜角4)這兩個(gè)檢測信號(hào)、車輪la、 lb的扭矩指令T及移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的推力指令F這兩個(gè) 輸入信號(hào)輸入至狀態(tài)觀測部42，推算出無法利用編碼器與傳感器檢測到的(式6)中的狀 態(tài)變量(S，小'，e'， S')(以下，在說明書中，將圖及式中變量上方表示一階時(shí)間微分的 " "標(biāo)為"'")，將所得到的狀態(tài)變量x的推算值x^ (以下，在說明書中，將圖及式中 變量上方表示推算值的" 〃 "直接標(biāo)在變量后)輸入穩(wěn)定化補(bǔ)償部41。
穩(wěn)定化補(bǔ)償部41向驅(qū)動(dòng)控制部43輸出將通過狀態(tài)觀測部42推定的狀態(tài)變量x '乘于用 于使控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定的狀態(tài)反饋增益而生成的穩(wěn)定化信號(hào)P (兩個(gè)輸出信號(hào)Tp、 Fp)。 穩(wěn)定化信號(hào)P可通過(式9)求出。此處，反饋系數(shù)FG表示狀態(tài)反饋增益，為可用(式IO) 表示的2行6列的行列式。
<formula>formula see original document page 15</formula>(式9)
<formula>formula see original document page 15</formula>(式l 0)
艮口，通過根據(jù)(式9),將控制系統(tǒng)的所有的狀態(tài)變量JT乘于(式IO)的各增益系數(shù)， 進(jìn)行狀態(tài)反饋的控制運(yùn)算。通過狀態(tài)反饋使控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定的控制方法以往常常被用作 最佳調(diào)節(jié)器問題，求取反饋系數(shù)FG的方法作為黎卡提方程式的解法已眾所共知，本實(shí)施例 中也可采用這些公知的技術(shù)。如此，穩(wěn)定化補(bǔ)償部41及狀態(tài)觀測部42作為至少輸入傾斜傳 感器6及編碼器12a、 12b的各檢測信號(hào)，生成控制機(jī)身4的姿勢的穩(wěn)定化信號(hào)P的穩(wěn)定化補(bǔ) 償部的一個(gè)實(shí)例發(fā)揮作用。 ,
目標(biāo)狀態(tài)生成部44作為生成托架5的位置及速度中的至少其中之一的目標(biāo)指令值的目
標(biāo)指令部發(fā)揮作用，例如，根據(jù)角速度指令er'生成車輪la、 lb的目標(biāo)角度8r及機(jī)身4的目
標(biāo)傾斜角小r。這時(shí)，未使機(jī)身4發(fā)生傾斜，因此目標(biāo)傾斜角cl^為零。倒立雙輪式搬運(yùn)車10的轉(zhuǎn)動(dòng)角e與機(jī)身4的傾斜角cj)反饋至偏差補(bǔ)償部45，偏差補(bǔ)償部 45根據(jù)目標(biāo)狀態(tài)生成部44輸出的目標(biāo)值(er，小r)與倒立雙輪式搬運(yùn)車IO (編碼器12a、 12b及傾斜傳感器6)的輸出(e， 40之間的各偏差，進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算，然后向驅(qū)動(dòng)控制 部43輸出偏差補(bǔ)償信號(hào)E (兩個(gè)輸出信號(hào)Te、 Fe)。
驅(qū)動(dòng)控制部43將穩(wěn)定化補(bǔ)償部41與偏差補(bǔ)償部45輸出的穩(wěn)定化信號(hào)P與偏差補(bǔ)償信 號(hào)E分別相加，生成(式7)的扭矩指令T及推力指令F。 g卩，扭矩指令T與推力指令F可分 別通過(式ll)、(式12)求出。
r = >+re …(式i i)
F, + Fe ...(式i 2)
由驅(qū)動(dòng)控制部43生成的扭矩指令T及推力指令F輸入至倒立雙輪式搬運(yùn)車10 (第l致動(dòng) 器3a、 3b及第2致動(dòng)器11)，進(jìn)行反饋控制，從而使車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度9'與角速度 指令6r'保持一致，機(jī)身4的傾斜角巾變?yōu)槟繕?biāo)傾斜角(l)r (=0)。并且，關(guān)于偏差補(bǔ)償部 45的詳細(xì)動(dòng)作，在后文利用圖12加以說明。
圖6是表示在本實(shí)施例的具有移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的倒立雙輪式搬運(yùn)車10中，組合采用如圖5 所示的控制系統(tǒng)與(式8)所示的線形模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的時(shí)間波形圖，圖7是用于 表示無移動(dòng)機(jī)構(gòu)部的現(xiàn)有的倒立雙輪式搬運(yùn)車的模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，比較移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的效 果的時(shí)間波形圖。圖6及圖7中，各倒立雙輪式搬運(yùn)車如圖8所示，被賦予從時(shí)間點(diǎn)tO開始 加速，直到移動(dòng)速度達(dá)到lm/s為止的速度指令，并設(shè)為從時(shí)間點(diǎn)tl開始駛上如圖9所示的 坡度為10。的坡道。
圖6中，圖6 (a)表示倒立雙輪式搬運(yùn)車10從倒立的停止?fàn)顟B(tài)(時(shí)間點(diǎn)tO)開始加速
到lm/s的情況的移動(dòng)速度v，圖6 (b)表示使移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7發(fā)揮作用時(shí)的機(jī)身4的傾斜角4),
圖6 (c)表示移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的相對位移量5，圖6 (d)表示車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T，圖6
(e)表示作用于移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的第2致動(dòng)器11的推力F。此處，倒立雙輪式搬運(yùn)車10的移
動(dòng)速度v通過(式13)求出，r代表車輪la、 lb的半徑，e'代表車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。
v二r-沙.(式l 3)
另一方面，圖7中，圖7 (a)表示與圖6 (a)相同的移動(dòng)速度v，圖7 (b)表示為避免
移動(dòng)機(jī)構(gòu)部發(fā)生偏位而將其固定(5 = 0)時(shí)的機(jī)身4的傾斜角小，圖7 (c)表示移動(dòng)機(jī)構(gòu)
部的固定狀態(tài)(8 = 0)，圖7 (d)表示車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T。
如圖6所示，本實(shí)施例中，使移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7發(fā)揮作用，因此，從停止?fàn)顟B(tài)tO丌始加速時(shí)，
16移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的相對位移量8為向前進(jìn)方向位移大約lcm，機(jī)身4變?yōu)閮H向前進(jìn)方向稍稍前 傾的姿勢(巾"O)。在時(shí)間點(diǎn)tl，駛上圖8的坡道時(shí)，移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的相對位移量5變?yōu)橄?前進(jìn)方向位移大約5cm，機(jī)身4不變?yōu)榍皟A姿勢。
與此相對，圖7中的現(xiàn)有的倒立雙輪式搬運(yùn)車(等同于移動(dòng)機(jī)構(gòu)部被固定的倒立雙輪 式搬運(yùn)車)，從停止?fàn)顟B(tài)tO丌始加速時(shí)，變?yōu)橄蚯斑M(jìn)方向前傾的姿勢(4> =2°)，隨后以 一定的速度移動(dòng)時(shí)，前傾姿勢有所改善(4=0°)，但在時(shí)間點(diǎn)tl，到達(dá)坡道并駛上坡道 時(shí)再次變?yōu)榍皟A姿勢(4> =8°)。
圖10及圖11是根據(jù)圖7及圖6中的倒立雙輪式搬運(yùn)車上坡時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，模式化地 表示機(jī)身的前傾姿勢的示圖。并且，為了便于對比，圖10及圖11中對應(yīng)的部分采用相同符
號(hào)
圖10表示現(xiàn)有的倒立雙輪式搬運(yùn)車無移動(dòng)機(jī)構(gòu)部時(shí)的情況，機(jī)身4變?yōu)榍皟A姿勢，機(jī) 身4的重心與托架5的重心32移向前進(jìn)方向上的前方。因此，在重力作用下，機(jī)身4與托架5 以車軸2a、 2b為中心，產(chǎn)生順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。
此處，在圖10的情況下，移動(dòng)機(jī)構(gòu)部被固定(8 = 0)，因此如將機(jī)身4及托架5的傾斜 角設(shè)為巾，將車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩設(shè)為T (由于有兩個(gè)車輪la、 lb，因此表示為l個(gè)車 輪所產(chǎn)生扭矩的2倍)，則以下(式14)成立。并且，g為作用于質(zhì)量ml、 m2的重力加速 度，各常數(shù)及變量標(biāo)為與本實(shí)施例相同。
r = (wl-/l + w2'/2)-g-sin^ .'.(式14)
艮P,在無移動(dòng)機(jī)構(gòu)部的現(xiàn)有的倒立雙輪式搬運(yùn)車中，若不采取前傾姿勢，車輪la、 lb 上無法產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩?zé)o法T,如(式14)所示，無法一邊使轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T與在重力作用下產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩保持平衡， 一邊上坡。上述趨勢與坡度的大小成正比，如圖9中的坡道的坡度 變大，上坡所需轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T就會(huì)變大，根據(jù)(式14),機(jī)身4的傾斜角d)也會(huì)變大。
另一方面，圖11表示本實(shí)施方式的具有移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的倒立雙輪式搬運(yùn)車的情況，機(jī) 身4的重心31在移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的作用下，僅向前進(jìn)方向上的前方移動(dòng)相對位移量5。如假設(shè) 托架5的重心32位于車軸2a、 2b上，托架5不會(huì)在重力作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。如此，機(jī)身4 的重心31在移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的作用下，僅向前進(jìn)方向上的前方移動(dòng)相對位移量5，從而機(jī)身4 在重力作用下，以車軸2a、 2b為中心，產(chǎn)生順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。若將移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的 相對位移量設(shè)為8，將車輪的產(chǎn)生力矩設(shè)為T，則以下(式15)成立。
T二ml-g.5 ...(式l 5)
如上所示，(式15)中不含有(式14)中出現(xiàn)的機(jī)身4的傾斜角cJ)這一項(xiàng)。g卩，對于
17本實(shí)施方式的倒立雙輪式搬運(yùn)車IO，可通過移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的作用使機(jī)身4的重心向前進(jìn)方向 移動(dòng)，因此即使不像現(xiàn)有的倒立雙輪式搬運(yùn)車那樣采取前傾姿勢，也可自動(dòng)地移動(dòng)整個(gè)機(jī) 身4的重心位置， 一邊使搭載貨物或人的貨臺(tái)，即搭乘座席8始終保持水平， 一邊上坡。
并且，上述說明中，進(jìn)行了上坡時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)，但本實(shí)施方式的倒立雙輪式搬運(yùn)車IO 在移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的作用下，不僅上坡時(shí)，下坡時(shí)也可一邊使搭乘座席8始終保持水平， 一邊 下坡。
下面對偏差補(bǔ)償部45的動(dòng)作詳細(xì)地進(jìn)行說明。如圖5所示，車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)角e及機(jī) 身4的傾斜角4)被從倒立雙輪式搬運(yùn)車10 (編碼器12a、 12b及傾斜傳感器6)反饋至偏差 補(bǔ)償部45，偏差補(bǔ)償部45求出目標(biāo)狀態(tài)生成部44所輸出的目標(biāo)值(er，小r)與倒立雙輪 式搬運(yùn)車IO (第l致動(dòng)器3a、 3b及第2致動(dòng)器11)的輸出(e, 4>)的各項(xiàng)偏差(6e，小e)。 接著，偏差補(bǔ)償部45根據(jù)偏差(ee， 4)e)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，然后向驅(qū)動(dòng)控制部43輸出偏 差補(bǔ)償信號(hào)E (兩個(gè)輸出信號(hào)Te、 Fe)。
圖12是表示用于如圖5所示的第1實(shí)施例的倒立雙輪式搬運(yùn)車10的控制部的偏差補(bǔ)償 部45的一個(gè)實(shí)例的框線圖。并且，圖12中，s代表拉普拉斯算子，另夕卜，kl、 k2及k3代表 增益系數(shù)，均為二維矢量。
圖12中，偏差補(bǔ)償部45包括第1積分部61、第2積分部62、第3積分部63、第l乘法運(yùn) 算部71、第2乘法運(yùn)算部72、第3乘法運(yùn)算部73、第1比較部81、信號(hào)加法運(yùn)算部82、第2 比較部83及信號(hào)合成部84。
第1比較部81比較目標(biāo)傾斜角小r (這時(shí)4)r二0)與機(jī)身4的傾斜角4>，向第1積分部61 輸出傾斜角偏差4)e (=4>r—40 。第1積分部61按時(shí)間對傾斜角偏差小e進(jìn)行積分，將得 到的積分輸出結(jié)果分別輸出至第2積分部62與第1乘法運(yùn)算部71。第2積分部62再次對第1 積分部61的積分輸出結(jié)果進(jìn)行積分，向第2乘法運(yùn)算部72輸出雙重積分信號(hào)。如此，通過 將第1積分部61與第2積分部62串聯(lián)，進(jìn)行雙重積分處理。
接著，第l乘法運(yùn)算部71將所輸入的第l積分部61的積分輸出結(jié)果乘于第l系數(shù)kl，輸
出至信號(hào)加法運(yùn)算部82。第2乘法運(yùn)算部72將第2積分部62的雙重積分信號(hào)乘于第2系數(shù)
k2，然后輸出至信號(hào)加法運(yùn)算部82。信號(hào)加法運(yùn)算部82將第1乘法運(yùn)算部71的輸出結(jié)果與
第2乘法運(yùn)算部72的輸出結(jié)果相加，并將得到的傾斜角偏差小e的處理信號(hào)輸出至信號(hào)合成
部84。如此，由第1積分部61、第2積分部62、第1乘法運(yùn)算部71、第2乘法運(yùn)算部72及信
號(hào)加法運(yùn)算部82構(gòu)成的部分為在偏差補(bǔ)償部45中處理傾斜角偏差4) e的框線圖。
另夕卜，第2比較部83比較車輪la、 lb的目標(biāo)角度0r與車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)角6，將轉(zhuǎn)動(dòng)
18角偏差6e (=9r—e)輸出至第3積分部63。第3積分部63按時(shí)間對轉(zhuǎn)動(dòng)角偏差9e進(jìn)行積分， 將所得到的積分輸出結(jié)果輸出至第3乘法運(yùn)算部73。第3乘法運(yùn)算部73將所輸入的第3積分 部63的積分輸出結(jié)果乘于第3系數(shù)k3，將所得到的轉(zhuǎn)動(dòng)角偏差ee的處理信號(hào)輸出至信號(hào)合 成部84。如此，由第3積分部63及第3乘法運(yùn)算部73構(gòu)成的部分為在偏差補(bǔ)償部45中處理 轉(zhuǎn)動(dòng)角偏差6e的框線圖。信號(hào)合成部84將傾斜角偏差小e的處理信號(hào)與轉(zhuǎn)動(dòng)角偏差ee的處 理信號(hào)相加，將偏差補(bǔ)償信號(hào)E輸出至驅(qū)動(dòng)控制部43。
圖12的框線圖中，有關(guān)傾斜角偏差》e的傳遞函數(shù)如(式16)所示。
，, 、 A:l A;2 A:l + A:2 ， ^ 、
= — + 7 =-^—— (式l 6)
根據(jù)(式16),對于與偏差補(bǔ)償部45的傾斜角偏差4)e有關(guān)的傳遞函數(shù)Gd，分母的s項(xiàng) 的次數(shù)為2，以雙重積分的形式予以表示。如此，較為重要的是，對于偏差補(bǔ)償部45的傳 遞函數(shù)Gd，分母的s項(xiàng)次數(shù)為2。
另外，圖12的框線圖中，有關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)角偏差ee的傳遞函數(shù)如(式17)所示。
Gc(^h— ...(式l 7)
可利用上述(式16)與(式17)，將信號(hào)合成部84輸出的偏差補(bǔ)償信號(hào)E表示為(式
18)。
，_
下面，為了比較偏差補(bǔ)償部45的傳遞函數(shù)Gd的分母中的s項(xiàng)次數(shù)不同時(shí)的動(dòng)作，針對 偏差補(bǔ)償部45的傳遞函數(shù)Gd中分母的s項(xiàng)次數(shù)選為l時(shí)的倒立雙輪式搬運(yùn)車10的動(dòng)作，說 明模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
圖13是用于模擬實(shí)驗(yàn)的比較例的偏差補(bǔ)償部的框線圖。圖13與將圖12的框線圖中的增 益系數(shù)k2設(shè)為零是等價(jià)的，圖13的框線圖中，與傾斜角偏差cl)e有關(guān)的傳遞函數(shù)如(式19) 所示。從(式19)可以看出，比較例的偏差補(bǔ)償部的傳遞函數(shù)Gd的分母的s項(xiàng)次數(shù)為l。
...(式l 9)
圖14為表示采用如圖13所示的比較例的偏差補(bǔ)償部作為倒立雙輪式搬運(yùn)車的如圖5所
示的控制系統(tǒng)中包括的偏差補(bǔ)償部45的構(gòu)成，傳遞函數(shù)表示為(式19)時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)
果的時(shí)間波形圖。另一方面，采用如圖12所示的本實(shí)施方式的偏差補(bǔ)償部作為如圖5所示
19
五:
Gy")'(^ + Gc(^)'6fe . . (式18)的控制系統(tǒng)所包括的偏差補(bǔ)償部45的構(gòu)成，傳遞函數(shù)表示為(式16)時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果為 前述圖6的時(shí)間波形圖。
并且，圖14的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖6的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，僅如圖5所示的控制系統(tǒng)中包 括的偏差補(bǔ)償部45的構(gòu)成不同，其余的倒立雙輪式搬運(yùn)車的各常數(shù)相同，比較例的倒立雙 輪式搬運(yùn)車設(shè)為根據(jù)圖8的速度指令，駛上如圖9所示的傾斜角10。的坡道。另外，圖14的 (a) 、 (b) 、 (c) 、 (d)及(e)與圖6中的各項(xiàng)分別對應(yīng)，因此，略去重復(fù)的說明。
圖14 (b)中，比較例的倒立雙輪式搬運(yùn)車駛上圖9的坡道時(shí)，機(jī)身4變?yōu)榍皟A姿勢(小 =1.5°)。圖14中，機(jī)身4變?yōu)榍皟A姿勢，因此，設(shè)置于機(jī)身4與托架5之間的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7 也變?yōu)榍斑M(jìn)方向上的前方部分下降的狀態(tài)，機(jī)身4在重力作用下，受到使移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7向前 進(jìn)方向滑落的力。結(jié)果，為了抑制機(jī)身4的偏位，如圖14 (e)所示，第2致動(dòng)器11產(chǎn)生方 向與前進(jìn)方向相反的推力F，與機(jī)身4在重力作用下向前進(jìn)方向滑落的力平衡。gp，在圖14 的情形下，第2致動(dòng)器11在上坡時(shí)必須始終產(chǎn)生一個(gè)方向與前進(jìn)方向相反的推力F。
另一方面，若如本實(shí)施方式所示，在偏差補(bǔ)償部45的傳遞函數(shù)Gd中，分母的s項(xiàng)次數(shù) 為2以上，則如圖6 (b)所示，倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛上圖9的坡道時(shí)，機(jī)身4不會(huì)變?yōu)榍?傾姿勢(4>=0°)，第2致動(dòng)器11在上坡時(shí)不必產(chǎn)生推力F，就電力消耗這一點(diǎn)而言，比圖 14的比較例有利。
綜上所述，通過將如圖5所示的控制系統(tǒng)中包括的偏差補(bǔ)償部45的分母的s項(xiàng)次數(shù)設(shè)為 2以上，上坡及下坡時(shí)，機(jī)身4均不會(huì)變?yōu)榍皟A姿勢，移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7也可保持水平，因此， 不必為了保持(mamtain)偏位使第2致動(dòng)器ll始終產(chǎn)生推力F來抵消作用于機(jī)身4的重力， 可使作為搭載貨物或人的貨臺(tái)的搭乘座席8—邊始終保持水平， 一邊移動(dòng)。結(jié)果，不會(huì)給 人帶來不安感，可防止貨物發(fā)生左右滑動(dòng)與倒塌，減少用于驅(qū)動(dòng)的電力消耗。
下面，取代駛上如圖9所示的坡度為10。的坡道，對本實(shí)施方式的倒立雙輪式搬運(yùn)車IO 如圖15所示的通過行進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階時(shí)的動(dòng)作加以說明。倒立雙輪式搬運(yùn)車10設(shè)為以 0.5m/s的移動(dòng)速度在行進(jìn)路徑中移動(dòng)時(shí)，在后述時(shí)間點(diǎn)t2通過高度為3cm的臺(tái)階，在本實(shí) 施方式的具有移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的倒立雙輪式搬運(yùn)車10中，組合如圖5所示的控制系統(tǒng)與可表示 為(式8)的線形模型，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。
圖16是表示無移動(dòng)機(jī)構(gòu)部的現(xiàn)有的倒立雙輪式搬運(yùn)車的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間波形圖，
即表示為了比較本實(shí)施方式的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的效果，在倒立雙輪式搬運(yùn)車10中將移動(dòng)機(jī)構(gòu)
部7固定(S = 0)以免發(fā)生偏位的比較例的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間波形圖。圖16中，圖16 (a)
表示移動(dòng)速度v，圖16 (b)表示移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7固定后的機(jī)身4的傾斜角巾，圖16 (c)表示移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的固定狀態(tài)(S = 0)，圖16 (d)表示車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T。
另一方面，圖17為表示在本實(shí)施方式的倒立雙輪式搬運(yùn)車10中使移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7發(fā)揮作 用時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間波形圖。圖17中，圖17 (a)表示與圖16 (a)相同的移動(dòng)速度 V，圖17 (b)表示使移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7發(fā)揮作用時(shí)的機(jī)身4的傾斜角4)，圖17 (c)表示移動(dòng)機(jī) 構(gòu)部7的相對位移量5，圖17 (d)表示車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T，圖17 (e)表示作用于移 動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的第2致動(dòng)器11的推力F。
圖16中，在將移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7固定(5 = 0)以免發(fā)生偏位的比較例中，在時(shí)問點(diǎn)t2，在 圖15的臺(tái)階位置無法跨過臺(tái)階，如圖16 (a)所示，倒立雙輪式搬運(yùn)車暫時(shí)停止。根據(jù)圖 16的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，隨著時(shí)間推移，機(jī)身4如圖16 (b)所示，慢慢變?yōu)橄蚯斑M(jìn)方向前傾的 姿勢，車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T也如圖16 (d)所示增加，在機(jī)身4的傾斜角4)達(dá)到30。的 時(shí)間點(diǎn)最終跨過臺(tái)階。
在上述模擬實(shí)驗(yàn)及實(shí)際的控制中，通過假設(shè)(式4)及(式5)成立，使用(式8)的 線形模型。但是，當(dāng)機(jī)身4的傾斜角》變?yōu)?0。以上時(shí)，無法采用(式8)的線形模型，倒 立雙輪式搬運(yùn)車10的控制也無法正確執(zhí)行。因此，將移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7固定(5 = 0)以免發(fā)生 偏位時(shí)，比較例的倒立雙輪式搬運(yùn)車無法跨過圖15的臺(tái)階。
與此相反，如圖17所示，本實(shí)施方式的倒立雙輪式搬運(yùn)車10中，若使移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7發(fā) 揮作用，在時(shí)間點(diǎn)t2通過圖15的臺(tái)階時(shí)，前進(jìn)方向上的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的相對位移量S變?yōu)榇?約9cm，但機(jī)身4的傾斜角4)非常小。因此，可使用(式8)的線形模型，正確地執(zhí)行控制， 本實(shí)施方式的倒立雙輪式搬運(yùn)車10能夠毫無問題地跨過圖15的臺(tái)階。
圖18及圖19是根據(jù)圖16及圖17的倒立雙輪式搬運(yùn)車跨過臺(tái)階時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，模式 化地表示機(jī)身4的前傾姿勢的示圖。并且，為了便于對比，圖18及圖19中對應(yīng)的部分采用 相同符號(hào)。
圖18表示現(xiàn)有的倒立雙輪式搬運(yùn)車無移動(dòng)機(jī)構(gòu)部時(shí)的情況，機(jī)身4在臺(tái)階位置處停止， 變?yōu)榍皟A姿勢，機(jī)身4的重心31與托架5的重心32移向前進(jìn)方向上的前方。因此，在重力作 用下，機(jī)身4與托架5上以車軸2a、 2b為中心，產(chǎn)生順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。這時(shí)，為了相 對于機(jī)身4的傾斜角4)而言滿足(式14)，車輪la、 lb產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T，但在(式8)的線 形模型成立的范圍內(nèi)，控制系統(tǒng)無法產(chǎn)生正好可以跨過臺(tái)階的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T，無法跨過臺(tái)階。
另一方面，圖19表示本實(shí)施方式的具有移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的倒立雙輪式搬運(yùn)車的情況，機(jī)
身4的重心31在移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的作用下，僅向前進(jìn)方向上的前方移動(dòng)相對位移量5。即使機(jī)
身4僅向前進(jìn)方向上的前方移動(dòng)相對位移量S，也不會(huì)變?yōu)榍皟A姿勢，傾斜角0較小，因此，對于控制系統(tǒng)，(式8)的線形模型始終成立。另外，通過機(jī)身4的重心在移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的 作用下，僅向前進(jìn)方向上的前方移動(dòng)相對位移量S，機(jī)身4在重力作用下，以車軸2a、 2b 為中心，產(chǎn)生順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。為了相對于機(jī)身4的相對位移量S而言滿足(式15)， 車輪la、 lb產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T，因此，只要在移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的活動(dòng)范圍內(nèi)產(chǎn)生跨過臺(tái)階所需的 轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，即可跨過臺(tái)階。
從以上說明可以看出，如圖19所示，對于現(xiàn)有的倒立雙輪式搬運(yùn)車難以實(shí)現(xiàn)的跨過臺(tái) 階，通過使移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7發(fā)揮作用，可以將搭載有人或貨物的整個(gè)機(jī)身4的重心位置移向前 進(jìn)方向上的前方，因此具有可以以穩(wěn)定的姿勢跨過臺(tái)階行進(jìn)的效果。 (第2實(shí)施方式)
圖20是本發(fā)明的第2實(shí)施例的倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制部的一個(gè)實(shí)例的方框圖。圖20 中，與圖5相同的構(gòu)成要素采用相同符號(hào)，并略去重復(fù)的說明。另外，除如圖20所示的控 制部外，本實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)與如圖1至圖4所示的第1實(shí)施方式相同，因此，略去圖示， 采用與第l實(shí)施方式相同的符號(hào)對各部分進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式中，采用如圖2所示的垂直加速度傳感器13，倒立雙輪式搬運(yùn)車10對行進(jìn) 路徑中存在的臺(tái)階等的垂直方向的位移進(jìn)行控制。即，倒立雙輪式搬運(yùn)車10上安裝有構(gòu)成 垂直加速度檢測部的垂直加速度傳感器13，例如，倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛上行進(jìn)路徑中存 在的臺(tái)階等時(shí)，垂直加速度傳感器13檢測托架5的垂直方向的加速度，輸出加速度信號(hào)z' (以下，在說明書中，將圖及式中變量上方表示2階時(shí)間微分的標(biāo)為")。
圖20中，加速度信號(hào)z"輸入至脈沖生成部51，脈沖生成部51測量所輸入的加速度信號(hào) z"的大小，當(dāng)垂直方向的加速度變化超過指定值時(shí)，向信號(hào)轉(zhuǎn)換部52輸出脈沖信號(hào)w。圖5 的驅(qū)動(dòng)控制部43所生成的扭矩指令T與推力指令F輸入至信號(hào)轉(zhuǎn)換部52，信號(hào)轉(zhuǎn)換部52根 據(jù)脈沖信號(hào)w，向倒立雙輪式搬運(yùn)車IO (第l致動(dòng)器3a、 3b及第2致動(dòng)器11)輸出轉(zhuǎn)換后的 扭矩轉(zhuǎn)換指令T'及推力轉(zhuǎn)換指令F'。
圖21是表示構(gòu)成如圖20所示的控制部的信號(hào)轉(zhuǎn)換部52的更為具體的一個(gè)實(shí)例的方框 圖。圖21中，由驅(qū)動(dòng)控制部43所輸入的扭矩指令T直接作為扭矩轉(zhuǎn)換指令T'，輸出至倒立 雙輪式搬運(yùn)車IO (第l致動(dòng)器3a、 3b)。由驅(qū)動(dòng)控制部43所輸入的推力指令F通過切換開關(guān) 53，作為推力轉(zhuǎn)換指令F'，輸出至倒立雙輪式搬運(yùn)車IO (第2致動(dòng)器11)。
切換開關(guān)53的輸出端子根據(jù)由脈沖生成部51輸出的脈沖信號(hào)w，連接于端子a側(cè)或端
子b側(cè)。脈沖生成部51向構(gòu)成信號(hào)轉(zhuǎn)換部52的切換開關(guān)53輸出脈沖信號(hào)w時(shí)，切換開關(guān)53
切換至端子a側(cè)，由驅(qū)動(dòng)控制部43輸入的推力指令F不輸出至倒立雙輪式搬運(yùn)車10，構(gòu)成信
22號(hào)轉(zhuǎn)換部52的信號(hào)發(fā)生部54所發(fā)生的一定值F0被輸出來作為推力轉(zhuǎn)換指令F。
另一方面，脈沖信號(hào)w不輸出至切換開關(guān)53時(shí)，切換開關(guān)53的輸出端子連接于端子b 側(cè)，由驅(qū)動(dòng)控制部43輸入的推力指令F直接作為推力轉(zhuǎn)換指令F'，輸出至倒立雙輪式搬運(yùn) 車10 (第2致動(dòng)器11)。
艮口，倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛上并通過行進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階等時(shí)，垂直加速度傳感器 13檢測垂直方向的加速度，信號(hào)轉(zhuǎn)換器52轉(zhuǎn)換推力指令F，向倒立雙輪式搬運(yùn)車10輸出推 力轉(zhuǎn)換指令F。如此，本實(shí)施方式中構(gòu)成倒立雙輪式搬運(yùn)車10的控制系統(tǒng)的控制部9對行 進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階等的垂直方向的位移進(jìn)行控制。
圖22是表示作為比較例，設(shè)有移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的倒立雙輪式搬運(yùn)車10不具備垂直加速度 傳感器時(shí)跨過臺(tái)階的動(dòng)作模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間波形圖。設(shè)定用于本模擬實(shí)驗(yàn)的行進(jìn)路徑中 有如圖15所示的高3cm的臺(tái)階，比較例的倒立雙輪式搬運(yùn)車10跨過臺(tái)階。
圖22的模擬實(shí)驗(yàn)與圖17的模擬實(shí)驗(yàn)不同點(diǎn)為，圖17中，倒立雙輪式搬運(yùn)車10以0.5m/s 的移動(dòng)速度v通過臺(tái)階，圖22中，倒立雙輪式搬運(yùn)車10以0.3m/s的移動(dòng)速度v通過臺(tái)階。一 般而言，倒立雙輪式搬運(yùn)車10的移動(dòng)速度v越大，倒立雙輪式搬運(yùn)車10所具有的動(dòng)能就越 大，移動(dòng)速度v越大，倒立雙輪式搬運(yùn)車10越容易跨過臺(tái)階。另一方面，倒立雙輪式搬運(yùn) 車10的移動(dòng)速度v越慢，預(yù)計(jì)越難跨過臺(tái)階。
圖22中，圖22 (a)表示移動(dòng)速度v，圖22 (b)表示機(jī)身4的傾斜角小，圖22 (c)表 示移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的相對位移量S，圖22 (d)表示車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T，圖22 (e)表示 作用于移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的第2致動(dòng)器11的推力F。
如圖17所示，當(dāng)移動(dòng)速度v為0.5m/s時(shí)，倒立雙輪式搬運(yùn)車10可以毫無問題地跨過圖 15的臺(tái)階。然而，當(dāng)使移動(dòng)速度v降低至0.3m/s時(shí)，如圖22 (a)所示，倒立雙輪式搬運(yùn)車 10在時(shí)間點(diǎn)t2，在臺(tái)階處暫時(shí)停止。這時(shí)，移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的相對位移量S隨著時(shí)間推移，如 圖22 (c)所示，向前進(jìn)方向慢慢增加。
另外，車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T如圖22 (d)所示， 一邊符合(式15) —邊增加，在 移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的相對位移量5大致達(dá)到15cm的時(shí)間點(diǎn)，倒立雙輪式搬運(yùn)車10跨過臺(tái)階。機(jī) 身4由控制部9進(jìn)行姿勢控制，因此，機(jī)身4的傾斜角4)如圖22 (b)所示，僅前后微小震動(dòng)， 而不會(huì)采取較大幅度的前傾姿勢。
如上所述，倒立雙輪式搬運(yùn)車10在臺(tái)階位置處暫時(shí)停止，因此，跨過臺(tái)階所需時(shí)間大
約為5秒。如此，倒立雙輪式搬運(yùn)車10在臺(tái)階位置處暫時(shí)停止，因此，移動(dòng)速度v的動(dòng)能未
有效地被用于跨過臺(tái)階。結(jié)果，在不具備垂直加速度傳感器的倒立雙輪式搬運(yùn)車10中，跨
23過臺(tái)階所需的車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T如圖22 (d)所示，為80Nm，需要較大的扭矩。
圖23是表示本實(shí)施方式的具有垂直加速度傳感器13的倒立雙輪式搬運(yùn)車10跨過臺(tái)階 的動(dòng)作的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間波形圖。設(shè)定用于本模擬實(shí)驗(yàn)的行進(jìn)路徑與圖22相同，有如 圖15所示的高3cm的臺(tái)階，倒立雙輪式搬運(yùn)車IO以0.3m/s的移動(dòng)速度v通過臺(tái)階。這時(shí)， 本實(shí)施方式的倒立雙輪式搬運(yùn)車10具備構(gòu)成垂直加速度檢測部的垂直加速度傳感器13，對 行進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階等的垂直方向的位移進(jìn)行跨過臺(tái)階的控制。
圖23中，圖23 (a)表示與圖22 (a)相同的移動(dòng)速度v，圖23 (b)表示采用垂直加 速度傳感器13及如圖20所示的控制部，對垂直方向的位移進(jìn)行控制時(shí)的機(jī)身4的傾斜角4)， 圖23 (c)表示移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的相對位移量S，圖23 (d)表示車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T，圖 23 (e)表示作用于移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的第2致動(dòng)器11的推力F。
如圖23所示，倒立雙輪式搬運(yùn)車IO在時(shí)間點(diǎn)t2到達(dá)如圖15所示的臺(tái)階，垂直加速度傳 感器13檢測到垂直方向的加速度時(shí)，脈沖生成部51向信號(hào)轉(zhuǎn)換部52輸出如圖24所示的脈沖 信號(hào)w。圖24的脈沖信號(hào)w的脈寬設(shè)為例如0.5秒。
輸入至信號(hào)轉(zhuǎn)換部52的脈沖信號(hào)w使切換開關(guān)53切換至端子a側(cè)，從驅(qū)動(dòng)控制部43輸 入的推力指令F被與控制系統(tǒng)切斷，構(gòu)成信號(hào)轉(zhuǎn)換部52的信號(hào)發(fā)生部54發(fā)生的一定值F0作 為推力轉(zhuǎn)換指令F被輸出。圖23的實(shí)例中，信號(hào)發(fā)生部54發(fā)生的一定值F0的值選為零 (F0=0)，因此，在時(shí)間點(diǎn)t2，脈沖信號(hào)w輸入至信號(hào)轉(zhuǎn)換部52期間，作用于移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7 的第2致動(dòng)器11的推力F如圖23 (e)所示，變?yōu)榱恪?br> 另外，倒立雙輪式搬運(yùn)車10在時(shí)間點(diǎn)t2到達(dá)如圖15所示的臺(tái)階時(shí)，如圖23 (c)所示， 作為相對位移量S，即使第2致動(dòng)器11的推力F為零，機(jī)身4仍在慣性作用下，向前進(jìn)方向位 移大約10cm。如此，機(jī)身4向前進(jìn)方向大幅度位移，因此，機(jī)身4將變?yōu)橄蚯斑M(jìn)方向前傾 的姿勢。
另一方面，由于即使在時(shí)間點(diǎn)t2跨過臺(tái)階時(shí)，車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T構(gòu)成控制系統(tǒng)， 因此，可進(jìn)行機(jī)身4的姿勢控制，如圖23 (d)所示，使轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T向跨過臺(tái)階的方向增大， 從而避免機(jī)身4變?yōu)榍皟A姿勢。在上述轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T的反作用作用下，機(jī)身4如圖23 (b)所示， 向與前進(jìn)方向相反的方向傾斜，但傾斜角小控制至一5。。結(jié)果，圖23時(shí)，倒立雙輪式搬運(yùn) 車10在臺(tái)階處暫時(shí)停止，但與圖22相比，可順暢地跨過臺(tái)階。
如上所述，本實(shí)施方式中，通過垂直加速度傳感器13檢測垂直方向的加速度，檢測倒
立雙輪式搬運(yùn)車10到達(dá)臺(tái)階的時(shí)間點(diǎn)，向切換開關(guān)53輸出脈沖信號(hào)w。在上述時(shí)間點(diǎn)，將
第2致動(dòng)器11的推力F設(shè)為零(將信號(hào)發(fā)生部54發(fā)生的一定值F0設(shè)為零時(shí))，使機(jī)身4在慣性作用下向前進(jìn)方向位移，增大車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，跨過臺(tái)階。因此，移動(dòng)速度v的 動(dòng)能有效地用于跨過臺(tái)階，跨過臺(tái)階所需的車輪la、 la的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T與圖22 (d)相比， 為較小的扭矩即足夠。
通過以上說明可以看出，通過設(shè)置檢測托架5的垂直方向的加速度的垂直加速度傳感 器13，對行進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階等的垂直方向的位移進(jìn)行控制，對于現(xiàn)有的倒立雙輪式搬 運(yùn)車較為困難的臺(tái)階跨過動(dòng)作，本第2實(shí)施方式的倒立雙輪式搬運(yùn)車可使搭載有貨物或人 的整個(gè)機(jī)身4的重心位置向前進(jìn)方向上的前方移動(dòng)，因此能夠以穩(wěn)定的姿勢，更為順暢地 跨過臺(tái)階。
另外，用于本實(shí)施方式的控制部并不局限于上述實(shí)例，可進(jìn)行各種變更，例如，也可 釆用如下所述的控制部。圖25是本發(fā)明的第2實(shí)施例中的倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制部的另 一個(gè)實(shí)例的方框圖。圖25中，對與圖5相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號(hào)，并略去重復(fù)的說 明。 '
采用如圖25所示的控制部9及如圖2所示的垂直加速度傳感器13，本實(shí)例的倒立雙輪式 搬運(yùn)車10也對行進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階等的垂直方向的位移進(jìn)行控制。g卩，倒立雙輪式搬運(yùn) 車10上安裝有構(gòu)成垂直加速度檢測部的垂直加速度傳感器13，例如，倒立雙輪式搬運(yùn)車IO 駛上或駛下行進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階等時(shí)，垂直加速度傳感器13檢測托架5的垂直方向的加 速度，輸出加速度信號(hào)z"。
圖25中，加速度信號(hào)z"輸入至脈沖生成部51a，脈沖生成部51a測量所輸入的加速度信 號(hào)z"的大小，當(dāng)垂直方向的加速度變化超過指定值時(shí)，向信號(hào)轉(zhuǎn)換部52a輸出脈沖信號(hào)w。 同時(shí)，脈沖生成部51a在所輸入的加速度信號(hào)z"的極性為負(fù)時(shí)，向信號(hào)轉(zhuǎn)換部52a輸出極性 信號(hào)q。
艮P，倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛下臺(tái)階時(shí)，脈沖生成部51a向信號(hào)轉(zhuǎn)換部52a輸出脈沖信號(hào) w與極性信號(hào)q。另一方面，倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛上臺(tái)階時(shí)，脈沖生成部51a僅向信號(hào)轉(zhuǎn) 換部52a輸出脈沖信號(hào)w。
驅(qū)動(dòng)控制部43生成的扭矩指令T與推力指令F輸入至信號(hào)轉(zhuǎn)換部52，信號(hào)轉(zhuǎn)換部52a根 據(jù)脈沖信號(hào)w與極性信號(hào)q，向倒立雙輪式搬運(yùn)車IO (第l致動(dòng)器3a、 3b及第2致動(dòng)器11) 輸出轉(zhuǎn)換后的扭矩轉(zhuǎn)換指令T'及推力轉(zhuǎn)換指令F'。
圖26是表示構(gòu)成如圖25所示的控制部的信號(hào)轉(zhuǎn)換部52的更為具體的一個(gè)實(shí)例的方框
圖。圖26中，由驅(qū)動(dòng)控制部43輸入的扭矩指令T直接作為扭矩轉(zhuǎn)換指令T'，被輸出至倒立
雙輪式搬運(yùn)車IO (第l致動(dòng)器3a、 3b)。由驅(qū)動(dòng)控制部43輸入的推力指令F通過切換開關(guān)53，作為推力轉(zhuǎn)換指令F被輸出至倒立雙輪式搬運(yùn)車IO (第2致動(dòng)器11)。切換開關(guān)53的 輸出端子根據(jù)脈沖生成部51輸出的脈沖信號(hào)w及極性信號(hào)q，連接于端子a側(cè)、端子b側(cè)或 端子d則。
例如，倒立雙輪式搬運(yùn)車IO駛上臺(tái)階時(shí)，脈沖生成部5la僅向切換開關(guān)53a輸出脈沖信 號(hào)w，切換開關(guān)53a切換至端子a側(cè)。這時(shí)，從驅(qū)動(dòng)控制部43輸入的推力指令F不輸出至倒 立雙輪式搬運(yùn)車IO (第2致動(dòng)器11)，信號(hào)發(fā)生部54發(fā)生的一定值F0被輸出作為推力轉(zhuǎn)換 指令F'。
另一方面，倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛下臺(tái)階時(shí)，脈沖生成部51a向切換開關(guān)53a輸出脈沖 信號(hào)w及極性信號(hào)q，切換開關(guān)53a切換至端子c側(cè)。這時(shí)，從驅(qū)動(dòng)控制部43輸入的推力指 令F不輸出至倒立雙輪式搬運(yùn)車IO (第2致動(dòng)器11)，信號(hào)發(fā)生部55發(fā)生的一定值(一FO) 被輸出作為推力轉(zhuǎn)換指令F'。
另外，倒立雙輪式搬運(yùn)車10不通過臺(tái)階時(shí)，脈沖生成部51a不向切換開關(guān)53輸出脈沖 信號(hào)w，切換開關(guān)53的輸出端子連接于端子b側(cè)，從驅(qū)動(dòng)控制部43輸入的推力指令F直接作 為推力轉(zhuǎn)換指令F,被輸出至倒立雙輪式搬運(yùn)車IO (第2致動(dòng)器11)。
如上所述，倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛上或駛下從而通過行進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階等時(shí)，垂 直加速度傳感器13檢測垂直方向的加速度，信號(hào)轉(zhuǎn)換器52轉(zhuǎn)換推力指令F，向倒立雙輪式 搬運(yùn)車IO (第2致動(dòng)器)輸出推力轉(zhuǎn)換指令F。
如此，如圖25所示的控制部25向第l致動(dòng)器3a、 3b與第2致動(dòng)器ll發(fā)出適宜的扭矩指 令T與推力指令F'，使機(jī)身4的姿勢保持平衡。另外，控制部通過垂直加速度傳感器13檢測 垂直方向的加速度，對行進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階等的垂直方向的位移進(jìn)行跨過臺(tái)階的控制。 結(jié)果，在采用垂直加速度傳感器13及如圖25所示的控制部的倒立雙輪式搬運(yùn)車10中，跨過 臺(tái)階的動(dòng)作模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與圖23的結(jié)果相同。
艮卩，如圖23所示，倒立雙輪式搬運(yùn)車10在時(shí)間點(diǎn)t2到達(dá)如圖15所示的臺(tái)階，垂直加速 度傳感器13檢測到垂直方向的加速度時(shí)，脈沖生成部51向信號(hào)轉(zhuǎn)換部52輸出如圖24所示的 脈沖信號(hào)w。圖24的脈沖信號(hào)w的脈寬設(shè)為例如0.5秒。
輸入至信號(hào)轉(zhuǎn)換部52的脈沖信號(hào)w使切換開關(guān)53切換至端子a側(cè)，從驅(qū)動(dòng)控制部43輸
入的推力指令F被與控制系統(tǒng)切斷。作用于移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的第2致動(dòng)器11的推力F變?yōu)樾盘?hào)
發(fā)生部54發(fā)生的一定值F0。圖23的實(shí)例中，將信號(hào)發(fā)生部54發(fā)生的一定值F0設(shè)為零輸出，
作用于移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的第2致動(dòng)器11的推力F如圖23 (e)所示，變?yōu)榱恪?br> 另夕卜，倒立雙輪式搬運(yùn)車10在時(shí)間點(diǎn)t2到達(dá)如圖15所示的臺(tái)階時(shí)，如圖23 (c)所示，
26作為相對位移量S，即使第2致動(dòng)器11的推力F為零，機(jī)身4仍在慣性作用下，向前進(jìn)方向位 移大約10cm。如此，機(jī)身4向前進(jìn)方向大幅度位移，因此，機(jī)身4將變?yōu)橄蚯斑M(jìn)方向前傾 的姿勢。
另一方面，由于在時(shí)間點(diǎn)t2跨過臺(tái)階時(shí)，車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T構(gòu)成控制系統(tǒng)，因 此可進(jìn)行機(jī)身4的姿勢控制，如圖23 (d)所示，使轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T向跨過臺(tái)階的方向增大，從 而避免機(jī)身4變?yōu)榍皟A姿勢。在上述轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T的反作用作用下，機(jī)身4如圖23 (b)所示， 向與前進(jìn)方向相反的方向傾剎、但傾斜角6控制至一5。。結(jié)果，在圖23的情形下，雖然倒 立雙輪式搬運(yùn)車10在臺(tái)階處暫時(shí)停止，但若與圖22相比，可順暢地跨過臺(tái)階。
如上所述，在本實(shí)例中，通過構(gòu)成垂直加速度檢測部的垂直加速度傳感器13檢測垂直 方向的加速度，檢測倒立雙輪式搬運(yùn)車10到達(dá)臺(tái)階的時(shí)間點(diǎn)，脈沖信號(hào)w被輸出至信號(hào)轉(zhuǎn) 換部52。脈沖信號(hào)w使信號(hào)轉(zhuǎn)換部52的切換開關(guān)53連接至端子a側(cè)，輸出一定值F0 (這時(shí) F0=0)。在上述時(shí)間點(diǎn)，將第2致動(dòng)器的推力F設(shè)為零，移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7在慣性作用下，使機(jī) 身4向前進(jìn)方向位移，增大車輪la、 lb的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T，跨過臺(tái)階。因此，移動(dòng)速度v的動(dòng)能 有效地用于跨過臺(tái)階，跨過臺(tái)階所需的車輪la、 la的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩T與圖22 (d)相比，為較 小的扭矩即足夠。
并且，上述說明中，進(jìn)行了有關(guān)駛上臺(tái)階時(shí)的模擬實(shí)驗(yàn)，本實(shí)施方式的倒立雙輪式搬 運(yùn)車10通過垂直加速度傳感器13及移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7的作用，不僅駛上臺(tái)階時(shí)，而且駛下臺(tái)階 時(shí)，均能夠一邊使貨臺(tái)保持水平， 一邊移動(dòng)通過臺(tái)階。
例如，倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛上臺(tái)階時(shí)，脈沖生成部51僅向信號(hào)轉(zhuǎn)換部52輸出脈沖信 號(hào)w，信號(hào)發(fā)生部54發(fā)生的一定值F0 (F0〉0)作為推力轉(zhuǎn)換指令F，被輸入至倒立雙輪 式搬運(yùn)車10的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7。結(jié)果，駛上臺(tái)階時(shí)，可使機(jī)身4相對于托架5，向前進(jìn)方向位 移， 一邊使搭乘座席8保持水平， 一邊移動(dòng)通過臺(tái)階。
另一方面，倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛下臺(tái)階時(shí)，脈沖生成部51向信號(hào)轉(zhuǎn)換部52輸出脈沖 信號(hào)w與極性信號(hào)q，信號(hào)發(fā)生部55發(fā)生的一定值(一F0) (F0〉0)作為推力轉(zhuǎn)換指令F， 被輸入至倒立雙輪式搬運(yùn)車10的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7。結(jié)果，駛下臺(tái)階時(shí)，可使機(jī)身4相對于托架 5，向與前進(jìn)方向相反的方向位移， 一邊使搭乘座席8保持水平， 一邊移動(dòng)通過臺(tái)階。
并且，圖26的信號(hào)轉(zhuǎn)換部52a的一個(gè)實(shí)例中，信號(hào)發(fā)生部54及信號(hào)發(fā)生部55各自產(chǎn)生 的信號(hào)雖然極性不同，但大小設(shè)為相同，由信號(hào)發(fā)生部54及信號(hào)發(fā)生部55產(chǎn)生的信號(hào)的大 小也可不同。
另外，在圖25的脈沖生成部51a的一個(gè)實(shí)例中，根據(jù)所輸入的加速度信號(hào)z'輸出脈沖
27信號(hào)w及極性信號(hào)q這兩個(gè)信號(hào)，倒立雙輪式搬運(yùn)車10上下臺(tái)階時(shí)，強(qiáng)制性地使搭載有貨物 或人的整個(gè)機(jī)身4的重心位置相對于前進(jìn)方向，向前方或后方移動(dòng)。
然而，若僅將倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛上臺(tái)階作為重要課題，通過圖25的脈沖生成部5la 僅在倒立雙輪式搬運(yùn)車10駛上臺(tái)階時(shí)，根據(jù)加速度信號(hào)z"輸出脈沖信號(hào)w，將信號(hào)發(fā)生部 54發(fā)生的一定值F0作為推力轉(zhuǎn)換指令F輸入至移動(dòng)機(jī)構(gòu)部7，可強(qiáng)制性地使機(jī)身4相對于托 架5，向前進(jìn)方向上的前方移動(dòng)。這時(shí)，圖25的脈沖生成部51a不必生成極性信號(hào)q，圖25 的信號(hào)轉(zhuǎn)換部52a不需要信號(hào)發(fā)生部55及切換開關(guān)53的端子c，因此，可簡化脈沖生成部 51a及信號(hào)轉(zhuǎn)換部52a的結(jié)構(gòu)。
通過以上說明可以看出，在本實(shí)例中，通過設(shè)置檢測托架5的垂直方向的加速度的垂 直加速度傳感器13，對行進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階等的垂直方向的位移進(jìn)行跨過臺(tái)階的控制。 結(jié)果，對于現(xiàn)有的倒立雙輪式搬運(yùn)車較為困難的臺(tái)階跨過動(dòng)作，本例的倒立雙輪式搬運(yùn)車 10可使搭載有貨物或人的整個(gè)機(jī)身4的重心位置向前進(jìn)方向上的前方或后方移動(dòng)，因此， 具有能夠以穩(wěn)定的姿勢，更為順暢地跨過臺(tái)階行進(jìn)的效果。
并且，圖21及圖23中，檢測垂直方向的加速度的垂直加速度傳感器13檢測垂直方向的 加速度，脈沖生成部51向信號(hào)轉(zhuǎn)換部52輸出脈沖信號(hào)w時(shí)，設(shè)定為大小為零的一定值作為 推力轉(zhuǎn)換指令F，僅輸出0.5秒。然而，當(dāng)然也可設(shè)定為輸出大小不為零的一定值的脈沖狀 (pulsed)推力，也可設(shè)定為使脈寬發(fā)生變化，使第2致動(dòng)器產(chǎn)生一定值的脈沖狀推力。此外， 也可使作用于第2致動(dòng)器11的脈沖狀推力的大小及脈寬根據(jù)倒立雙輪式搬運(yùn)車10即將到達(dá) 臺(tái)階時(shí)的移動(dòng)速度v的大小與跨過臺(tái)階時(shí)機(jī)身4受到的垂直方向的加速度信號(hào)z'的大小發(fā)生 變化。
另外，上述說明中，在處理轉(zhuǎn)動(dòng)角偏差6e的框線圖中，為了加以簡化，將偏差補(bǔ)償部 45中所含的積分部僅設(shè)為1個(gè)，但也可與處理傾斜角偏差小e的框線圖相同，通過串聯(lián)兩個(gè) 禾只分部 (connecting two integrators in series)， 進(jìn)4亍雙重禾只分(double integration)處 理。這時(shí)，當(dāng)然可使整個(gè)機(jī)身4的重心位置自動(dòng)地移動(dòng)，使搭載貨物或人的貨臺(tái)一邊保持 水平， 一邊上坡或下坡。
另外，上述說明中，作為檢測機(jī)身4的傾斜姿勢的傾斜傳感器采用了陀螺傳感器，但
不并局限于上述傳感器，可采用能夠用于測量傾斜角與傾斜角速度的各種傳感器，比如，
加速度傳感器、使接觸片滑過地面的傾斜角度傳感器、重錘懸吊型傾斜角度傳感器等。另
外，傳感器的安裝位置也不局限于機(jī)身4，也可安裝于托架5。
另夕卜，對偏差補(bǔ)償部45等由模擬過濾器(analogfilter)構(gòu)成進(jìn)行了說明，但偏差補(bǔ)償部45等也可由數(shù)字式過濾器(digitalanalog)構(gòu)成。并且，構(gòu)成各實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的各個(gè) 部分也可通過基于微型計(jì)算機(jī)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。
若根據(jù)上述各實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行歸納，則如下所示。S卩，本發(fā)明所涉及的一種倒 立雙輪式搬運(yùn)車，包括，具有可搭載貨物或人的貨臺(tái)的機(jī)身；由以間隔一定距離被設(shè)置于 同一軸上的兩個(gè)車輪予以支撐的托架；被設(shè)置于所述機(jī)身與所述托架之間，使所述機(jī)身與 所述托架的相對位置相對于所述托架的前進(jìn)方向位移的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部；檢測所述機(jī)身相對于 鉛垂方向的姿勢的傾斜檢測部；檢測所述托架的行進(jìn)狀態(tài)的行進(jìn)檢測部；產(chǎn)生分別作用于 所述兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力的第l致動(dòng)器；產(chǎn)生介于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)部作用于所述機(jī)身的推力的 第2致動(dòng)器；向所述第1致動(dòng)器與所述第2致動(dòng)器輸出扭矩指令與推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部； 生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目標(biāo)指令值的目標(biāo)指令部；輸入有所述目 標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，根據(jù)所述目標(biāo)指令值與所述 檢測信號(hào)的偏差，生成偏差補(bǔ)償信號(hào)的偏差補(bǔ)償部；至少輸入有所述傾斜檢測部及所述行 進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，生成用于控制所述機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化信號(hào)的穩(wěn)定化補(bǔ)償部，其 中，所述偏差補(bǔ)償部通過對基于所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行對于時(shí)間的至少雙 重積分的處理，來生成所述偏差補(bǔ)償信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)控制部根據(jù)所述偏差補(bǔ)償信號(hào)與所述 穩(wěn)定化信號(hào)，生成所述扭矩指令與所述推力指令。
在本倒立雙輪式搬運(yùn)車中，對基于傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行對于時(shí)間的至少 雙重積分處理，生成偏差補(bǔ)償信號(hào)，并根據(jù)該偏差補(bǔ)償信號(hào)與控制機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化信 號(hào)生成針對第1致動(dòng)器的扭矩指令和第2致動(dòng)器推力指令，因此，無論什么重量的貨物與 人搭載于貨臺(tái)上、不管貨臺(tái)的重心與機(jī)身的重心的位置出現(xiàn)什么程度的偏位，只要在移動(dòng) 機(jī)構(gòu)部可移動(dòng)的范圍內(nèi)，即可將搭載有貨物或人的整個(gè)機(jī)身的重心位置自動(dòng)地移至車軸的 位置，保持貨臺(tái)的水平平衡。從而，即使上下坡道時(shí)，也可一邊使搭載有貨物或人的貨臺(tái) 始終保持水平， 一邊移動(dòng)，因此不會(huì)給搭乘者帶來不安感，并可防止所搭載的貨物發(fā)生左 右滑動(dòng)或倒塌。另外，通過設(shè)置移動(dòng)機(jī)構(gòu)部，即使行進(jìn)路徑中存在臺(tái)階，仍可將搭載有貨 物或人的整個(gè)機(jī)身的重心位置移向前進(jìn)方向上的前方，因此能夠以穩(wěn)定的姿勢跨過臺(tái)階行 進(jìn)。并且，還具有不必為了保持貨臺(tái)的平衡而設(shè)置特別的重錘與配重，機(jī)身重量與機(jī)身的 大小不會(huì)增大的效果。
較為理想的是，所述偏差補(bǔ)償部包括對基于所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行 積分的第l積分部；對所述第1積分部的輸出進(jìn)行進(jìn)一步積分的第2積分部；將所述第l積分
部的輸出乘于第l系數(shù)的第l乘法運(yùn)算部；將所述第2積分部的輸出乘于第2系數(shù)的第2乘法運(yùn)算部；將所述第1乘法運(yùn)算部的輸出與所述第2乘法運(yùn)算部的輸出相加的加法運(yùn)算部，其 中，所述偏差補(bǔ)償部，將所述加法運(yùn)算部的加法運(yùn)算結(jié)果包含在所述偏差補(bǔ)償信號(hào)中并予 以輸出。
這時(shí)，通過對基于傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行積分，并對其輸出結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一 歩積分，可對基于傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行對于時(shí)間的至少雙重積分，將上述雙 重積分后的信號(hào)乘于第2系數(shù)的信號(hào)、和對基于傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行積分后 的信號(hào)乘于第l系數(shù)后的信號(hào)相加，因此可將對基于傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行對 于時(shí)間的至少雙重積分后的信號(hào)包含在偏差補(bǔ)償信號(hào)中并予以輸出。因此，上坡及下坡時(shí)， 機(jī)身不會(huì)變?yōu)榍皟A姿勢，移動(dòng)機(jī)構(gòu)部也可保持水平，因此不必為了抵消作用于機(jī)身上的重 力而始終使第2致動(dòng)器產(chǎn)生推力并保持偏位，可一邊使搭載貨物或人的貨臺(tái)始終保持水平， 一邊移動(dòng)。結(jié)果，不會(huì)給人帶來不安感，可防止貨物發(fā)生左右滑動(dòng)或倒塌，減少用于驅(qū)動(dòng) 的電力消耗。
較為理想的是，所述倒立雙輪式搬運(yùn)車還具備檢測所述托架的垂直方向的加速度的垂 直加速度檢測部，所述驅(qū)動(dòng)控制部根據(jù)所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)與所述行進(jìn)檢測部的檢 測信號(hào)，控制所述第1致動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩與所述第2致動(dòng)器的推力，并根據(jù)通過所述垂直加 速度檢測部檢測到的加速度的大小，調(diào)整所述第2致動(dòng)器的推力。
這時(shí)，通過還具備檢測托架的垂直方向的加速度的垂直加速度檢測部，可對行進(jìn)路徑 中存在的臺(tái)階等垂直方向的位移進(jìn)行控制，因此，能夠以穩(wěn)定的姿勢，更為順暢地跨過臺(tái) 階行進(jìn)。
較為理想的是，所述穩(wěn)定化補(bǔ)償部包括至少輸入有所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部 的各檢測信號(hào)、所述扭矩指令、所述推力指令，推定用所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部 無法進(jìn)行檢測的狀態(tài)變量的狀態(tài)觀測部。
這時(shí)，可根據(jù)傾斜檢測部及行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)、扭矩指令、推力指令，推定用 傾斜檢測部及行進(jìn)檢測部無法檢測的狀態(tài)變量，因此不必為了檢測用傾斜檢測部及行進(jìn)檢 測部無法檢測的狀態(tài)變量而特意設(shè)置傳感器，可降低裝置的成本。
較為理想的是，所述傾斜檢測部檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的傾斜角及傾斜角速度 中的至少其中之一。另外，較為理想的是，所述行進(jìn)檢測部檢測所述兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角、 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度中的至少其中之一。
這時(shí)，可根據(jù)檢測到的狀態(tài)變量推定未檢測的其他狀態(tài)變量，因此，不必為了檢測未
檢測的狀態(tài)變量而特意設(shè)置傳感器，可降低裝置的成本。本發(fā)明所涉及的另一種倒立雙輪式搬運(yùn)車，包括，具有可搭載貨物或人的貨臺(tái)的機(jī)身； 由以間隔一定距離被設(shè)置于同一軸上的兩個(gè)車輪予以支撐的托架；被設(shè)置于所述機(jī)身與所 述托架之間，使所述機(jī)身與所述托架的相對位置相對于所述托架的前進(jìn)方向位移的移動(dòng)機(jī) 構(gòu)部；檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的姿勢的傾斜檢測部；檢測所述托架的行進(jìn)狀態(tài)的行 進(jìn)檢測部；檢測所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度檢測部；產(chǎn)生分別作用于所述 兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力的第l致動(dòng)器；產(chǎn)生介于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)部作用于所述機(jī)身的推力的第2致 動(dòng)器；向所述第1致動(dòng)器與所述第2致動(dòng)器輸出扭矩指令與推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部，其中， 所述控制部根據(jù)所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)與所述行進(jìn)檢測部的檢測信號(hào)，控制所述第l 致動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩與所述第2致動(dòng)器的推力，并根據(jù)通過所述垂直加速度檢測部檢測到的 加速度的大小，調(diào)整所述第2致動(dòng)器的推力。
在本倒立雙輪式搬運(yùn)車中，根據(jù)傾斜檢測部的檢測信號(hào)與行進(jìn)檢測部的檢測信號(hào)，控 制第1致動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩與第2致動(dòng)器的推力，同時(shí)根據(jù)通過垂直加速度檢測部檢測到的 加速度的大小，調(diào)整第2致動(dòng)器的推力，因此可通過還具備檢測托架的垂直方向的加速度 的垂直加速度檢測部，對行進(jìn)路徑中存在的臺(tái)階等的垂直方向的位移進(jìn)行控制，能夠以穩(wěn) 定的姿勢，更為順暢地跨過臺(tái)階行進(jìn)。
較為理想的是，所述控制部包括，生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目 標(biāo)指令值的目標(biāo)指令部；輸入有所述目標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各 檢測信號(hào)，根據(jù)所述目標(biāo)指令值與所述檢測信號(hào)的偏差，生成偏差補(bǔ)償信號(hào)的偏差補(bǔ)償部； 至少輸入有所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，生成用于控制所述機(jī)身的姿 勢的穩(wěn)定化信號(hào)的穩(wěn)定化補(bǔ)償部；根據(jù)所述傾斜檢測部的輸出與所述行進(jìn)檢測部的輸出， 輸出所述扭矩指令與所述推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部。
這時(shí)，生成托架的位置及速度中的至少其中之一的目標(biāo)指令值，根據(jù)該目標(biāo)指令值與 傾斜檢測部及行進(jìn)檢測部的檢測信號(hào)的偏差生成偏差補(bǔ)償信號(hào)，至少根據(jù)傾斜檢測部及行 進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，生成控制機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化信號(hào)，根據(jù)傾斜檢測部的輸出結(jié)果 與行進(jìn)檢測部的輸出結(jié)果，輸出扭矩指令與推力指令，因此可更為穩(wěn)定地對行進(jìn)路徑中存 在的臺(tái)階等的垂直方向的位移進(jìn)行控制，能夠以更穩(wěn)定的姿勢，更為順暢地跨過臺(tái)階行進(jìn)。
較為理想的是，所述控制部，根據(jù)通過所述垂直加速度檢測部檢測到的加速度，在駛
上臺(tái)階時(shí)使所述機(jī)身相對于所述托架向前進(jìn)方向位移，在駛下臺(tái)階時(shí)使所述機(jī)身相對于所
述托架向與前進(jìn)方向相反的方向位移。
這時(shí)，根據(jù)檢測到的加速度，在駛上臺(tái)階時(shí)使機(jī)身相對于托架向前進(jìn)方向位移，在駛
31下臺(tái)階時(shí)使機(jī)身相對于托架向與前進(jìn)方向相反的方向位移，因此能夠以更穩(wěn)定的姿勢，更 為順暢地跨過臺(tái)階行進(jìn)。
較為理想的是，所述偏差補(bǔ)償部，通過對基于所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行 對于時(shí)間的至少雙重積分的處理，來生成所述偏差補(bǔ)償信號(hào)。
這時(shí)，通過對基于傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行對于時(shí)間的至少雙重積分處理， 來生成偏差補(bǔ)償信號(hào)，并根據(jù)該偏差補(bǔ)償信號(hào)與控制機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化信號(hào)生成針對第 l致動(dòng)器的扭矩指令和第2致動(dòng)器推力指令，因此，無論什么重量的貨物與人搭載于貨臺(tái)上、 不管貨臺(tái)的重心與機(jī)身的重心的位置出現(xiàn)什么程度的偏位，只要在移動(dòng)機(jī)構(gòu)部可移動(dòng)的范 圍內(nèi)，即可將搭載貨物或人的整個(gè)機(jī)身的重心位置自動(dòng)地移至車軸的位置，保持貨臺(tái)的水 平平衡。
較為理想的是，所述穩(wěn)定化補(bǔ)償部包括，至少輸入有所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測 部的各檢測信號(hào)、所述扭矩指令、所述推力指令，推定用所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測 部無法進(jìn)行檢測的狀態(tài)變量的狀態(tài)觀測部。
這時(shí)，可根據(jù)傾斜檢測部及行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)、扭矩指令、推力指令，推定用 傾斜檢測部及行進(jìn)檢測部無法檢測的狀態(tài)變量，因此不必為了檢測用傾斜檢測部及行進(jìn)檢 測部無法檢測的狀態(tài)變量而特意設(shè)置傳感器，可降低裝置的成本。
較為理想的是，所述控制部根據(jù)由所述垂直加速度檢測部檢測到的加速度的大小，使 所述第2致動(dòng)器產(chǎn)生脈沖狀推力。
這時(shí)，通過根據(jù)檢測到的加速度的大小，使第2致動(dòng)器產(chǎn)生脈沖狀推力，可以對垂直 方向的位移進(jìn)行控制，以穩(wěn)定的姿勢跨過各種高度的臺(tái)階行進(jìn)。
較為理想的是，所述控制部，在由所述垂直加速度檢測部檢測到的加速度的大小超過 指定值時(shí)，使所述第2致動(dòng)器產(chǎn)生脈沖狀推力。
這時(shí)，通過在垂直方向的加速度的大小超過指定值時(shí)，使第2致動(dòng)器產(chǎn)生脈沖狀推力， 可以對垂直方向的位移進(jìn)行控制，以穩(wěn)定的姿勢跨過指定高度以上的臺(tái)階行進(jìn)。
較為理想的是，所述脈沖狀推力的波高值(crest value)及時(shí)間幅度(dm'ation)，根 據(jù)產(chǎn)生脈沖前的所述托架的移動(dòng)速度的大小而變化。
這時(shí)，脈沖狀推力的波高值及時(shí)間幅度根據(jù)產(chǎn)生脈沖前的托架的移動(dòng)速度的大小而變
化，因此，即使托架的移動(dòng)速度不同，仍可對適應(yīng)托架的移動(dòng)速度的垂直方向的位移進(jìn)行
控制，始終以穩(wěn)定的姿勢跨過臺(tái)階行進(jìn)。
較為理想的是，所述脈沖狀推力的大小為零。這時(shí)，可通過慣性使機(jī)身向前進(jìn)方向位移，增大車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，跨過臺(tái)階，因此， 移動(dòng)速度的動(dòng)能可有效用于跨過臺(tái)階，充分減小跨過臺(tái)階所需的車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩。
較為理想的是，所述傾斜檢測部，檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的傾斜角及傾斜角速 度中的至少其中之一。
這時(shí)，可根據(jù)檢測到的狀態(tài)變量推定未檢測的其他狀態(tài)變量，因此，不必為了檢測未 檢測的狀態(tài)變量而特意設(shè)置傳感器，可降低裝置的成本。
本發(fā)明所涉及的一種倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制方法，控制包括，具有可搭載貨物或人 的貨臺(tái)的機(jī)身；由以間隔一定距離被設(shè)置于同一軸上的兩個(gè)車輪予以支撐的托架；被設(shè)置
于所述機(jī)身與所述托架之間，使所述機(jī)身與所述托架的相對位置相對于所述托架的前進(jìn)方
向位移的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部；檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的姿勢的傾斜檢測部；檢測所述托架
的行進(jìn)狀態(tài)的行進(jìn)檢測部；產(chǎn)生分別作用于所述兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力的第l致動(dòng)器；產(chǎn)生介
于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)部作用于所述機(jī)身的推力的第2致動(dòng)器；向所述第1致動(dòng)器與所述第2致動(dòng)
器輸出扭矩指令與推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部；生成目標(biāo)指令值的目標(biāo)指令部；生成偏差補(bǔ)償
信號(hào)的偏差補(bǔ)償部；生成穩(wěn)定化信號(hào)的穩(wěn)定化補(bǔ)償部的倒立雙輪式搬運(yùn)車，該控制方法包
括以下步驟讓所述目標(biāo)指令部生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目標(biāo)指令
值的歩驟；讓所述偏差補(bǔ)償部，輸入有所述目標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測
部的各檢測信號(hào)，根據(jù)所述目標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)
之間的偏差，通過對基于所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行對于時(shí)間的至少雙重積分
的處理，來生成所述偏差補(bǔ)償信號(hào)的步驟；讓所述穩(wěn)定化補(bǔ)償部，至少輸入有所述傾斜檢
測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，生成用于控制所述機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化信號(hào)的步
驟；讓所述驅(qū)動(dòng)控制部，根據(jù)所述偏差補(bǔ)償信號(hào)與所述穩(wěn)定化信號(hào)，生成所述扭矩指令與
所述推力指令的歩驟。
本發(fā)明所涉及的另一種倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制方法，控制包括，具有可搭載貨物或
人的貨臺(tái)的機(jī)身；由以間隔一定距離被設(shè)置于同一軸上的兩個(gè)車輪予以支撐的托架；被設(shè)
置于所述機(jī)身與所述托架之間，使所述機(jī)身與所述托架的相對位置相對于所述托架的前進(jìn)
方向位移的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部；檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的姿勢的傾斜檢測部；檢測所述托
架的行進(jìn)狀態(tài)的行進(jìn)檢測部；檢測所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度檢測部；產(chǎn)
生分別作用于所述兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力的第l致動(dòng)器；產(chǎn)生介于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)部作用于所述
機(jī)身的推力的第2致動(dòng)器；向所述第1致動(dòng)器與所述第2致動(dòng)器輸出扭矩指令與推力指令的
驅(qū)動(dòng)控制部的倒立雙輪式搬運(yùn)車，該控制方法包括以下歩驟讓所述控制部生成所述托架
33的位置及速度中的至少其中之一的目標(biāo)指令值的歩驟；讓所述控制部輸入有所述傾斜檢測 部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，根據(jù)所述目標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢 測部的各檢測信號(hào)之間的偏差，生成偏差補(bǔ)償信號(hào)的步驟；讓所述控制部至少根據(jù)所述傾 斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，生成用于控制所述機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化信號(hào)的 歩驟；讓所述控制部，基于所述偏差補(bǔ)償信號(hào)與所述穩(wěn)定化信號(hào)生成所述扭矩指令與所述 推力指令，并根據(jù)通過所述垂直加速度檢測部檢測到的加速度的大小，調(diào)整所述第2致動(dòng) 器的推力的步驟。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明所涉及的倒立雙輪式搬運(yùn)車及其控制方法可在上下坡道時(shí)使搭載貨物或人的 重物的貨臺(tái)始終保持水平，以穩(wěn)定的姿勢行進(jìn)，并且，即使倒立雙輪式搬運(yùn)車的行進(jìn)路徑 中存在臺(tái)階，仍能夠以穩(wěn)定的姿勢跨過臺(tái)階行進(jìn)，因此可用于作為進(jìn)行貨物或人的運(yùn)載作 業(yè)的搬運(yùn)車輛的，具備用于使原本不穩(wěn)定的機(jī)身保持平衡，以穩(wěn)定地搬運(yùn)貨物或人的機(jī)構(gòu) 技術(shù)及控制技術(shù)的倒立雙輪式搬運(yùn)車等，另外，也可應(yīng)用于除倒立雙輪式搬運(yùn)車之外的、 采用基于控制的平衡動(dòng)作的交通工具或機(jī)器人等。
權(quán)利要求
1.一種倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于包括具有可搭載貨物或人的貨臺(tái)的機(jī)身；由以間隔一定距離被設(shè)置于同一軸上的兩個(gè)車輪予以支撐的托架；被設(shè)置于所述機(jī)身與所述托架之間，使所述機(jī)身與所述托架的相對位置相對于所述托架的前進(jìn)方向位移的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部；檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的姿勢的傾斜檢測部；檢測所述托架的行進(jìn)狀態(tài)的行進(jìn)檢測部；產(chǎn)生分別作用于所述兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力的第1致動(dòng)器；產(chǎn)生介于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)部作用于所述機(jī)身的推力的第2致動(dòng)器；向所述第1致動(dòng)器與所述第2致動(dòng)器輸出扭矩指令與推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部；生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目標(biāo)指令值的目標(biāo)指令部；輸入有所述目標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，根據(jù)所述目標(biāo)指令值與所述檢測信號(hào)的偏差，生成偏差補(bǔ)償信號(hào)的偏差補(bǔ)償部；至少輸入有所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，生成用于控制所述機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化信號(hào)的穩(wěn)定化補(bǔ)償部，其中，所述偏差補(bǔ)償部，通過對基于所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行對于時(shí)間的至少雙重積分的處理，來生成所述偏差補(bǔ)償信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)控制部，根據(jù)所述偏差補(bǔ)償信號(hào)與所述穩(wěn)定化信號(hào)，生成所述扭矩指令與所述推力指令。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于，所述偏差補(bǔ)償部包括 對基于所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行積分的第l積分部； 對所述第1積分部的輸出進(jìn)行進(jìn)一步積分的第2積分部； 將所述第l積分部的輸出乘于第l系數(shù)的第l乘法運(yùn)算部； 將所述第2積分部的輸出乘于第2系數(shù)的第2乘法運(yùn)算部；將所述第1乘法運(yùn)算部的輸出與所述第2乘法運(yùn)算部的輸出相加的加法運(yùn)算部，其中， 所述偏差補(bǔ)償部，將所述加法運(yùn)算部的加法運(yùn)算結(jié)果包含在所述偏差補(bǔ)償信號(hào)中并予 以輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于還包括 檢測所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度檢測部，其中，所述驅(qū)動(dòng)控制部，根據(jù)所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)與所述行進(jìn)檢測部的檢測信號(hào)，控 制所述第1致動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩與所述第2致動(dòng)器的推力，并根據(jù)通過所述垂直加速度檢測部檢測到的加速度的大小，調(diào)整所述第2致動(dòng)器的推力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于，所述穩(wěn)定化補(bǔ)償部包括至少輸入有所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)、所述扭矩指令、所述推 力指令，推定用所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部無法進(jìn)行檢測的狀態(tài)變量的狀態(tài)觀測 部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于所述傾斜檢測部，檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的傾斜角及傾斜角速度中的至少其中 之一。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于所述行進(jìn)檢測部，檢測所述兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度中的至少 其中之一。
7. —種倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于包括 具有可搭載貨物或人的貨臺(tái)的機(jī)身；由以間隔一定距離被設(shè)置于同一軸上的兩個(gè)車輪予以支撐的托架；被設(shè)置于所述機(jī)身與所述托架之間，使所述機(jī)身與所述托架的相對位置相對于所述托 架的前進(jìn)方向位移的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部；檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的姿勢的傾斜檢測部； 檢測所述托架的行進(jìn)狀態(tài)的行進(jìn)檢測部； 檢測所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度檢測部； 產(chǎn)生分別作用于所述兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力的第l致動(dòng)器； 產(chǎn)生介于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)部作用于所述機(jī)身的推力的第2致動(dòng)器；向所述第1致動(dòng)器與所述第2致動(dòng)器輸出扭矩指令與推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部，其中， 所述控制部，根據(jù)所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)與所述行進(jìn)檢測部的檢測信號(hào)，控制所述第1致動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩與所述第2致動(dòng)器的推力，并根據(jù)通過所述垂直加速度檢測部檢測到的加速度的大小，調(diào)整所述第2致動(dòng)器的推力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于，所述控制部包括生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目標(biāo)指令值的目標(biāo)指令部；輸入有所述目標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，根據(jù)所述目標(biāo)指令值與所述檢測信號(hào)的偏差，生成偏差補(bǔ)償信號(hào)的偏差補(bǔ)償部；至少輸入有所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，生成用于控制所述機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化信號(hào)的穩(wěn)定化補(bǔ)償部；根據(jù)所述傾斜檢測部的輸出與所述行進(jìn)檢測部的輸出，輸出所述扭矩指令與所述推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于所述控制部，根據(jù)通過所述垂直加速度檢測部檢測到的加速度，在駛上臺(tái)階時(shí)使所述 機(jī)身相對于所述托架向前進(jìn)方向位移，在駛下臺(tái)階時(shí)使所述機(jī)身相對于所述托架向與前進(jìn) 方向相反的方向位移。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于所述偏差補(bǔ)償部，通過對基于所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行對于時(shí)間的至少 雙重積分的處理，來生成所述偏差補(bǔ)償信號(hào)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于，所述穩(wěn)定化補(bǔ)償部包括至少輸入有所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)、所述扭矩指令、所述推 力指令，推定用所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部無法進(jìn)行檢測的狀態(tài)變量的狀態(tài)觀測 部。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于所述控制部，根據(jù)由所述垂直加速度檢測部檢測到的加速度的大小，使所述第2致動(dòng) 器產(chǎn)生脈沖狀推力。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于 所述控制部，在由所述垂直加速度檢測部檢測到的加速度的大小超過指定值時(shí)，使所述第2致動(dòng)器產(chǎn)生脈沖狀推力。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于 所述脈沖狀推力的波高值及時(shí)間幅度，根據(jù)產(chǎn)生脈沖前的所述托架的移動(dòng)速度的大小而變化。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于 所述脈沖狀推力的大小為零。
16. 根據(jù)權(quán)利要求7至15中任一項(xiàng)所述的倒立雙輪式搬運(yùn)車，其特征在于 所述傾斜檢測部，檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的傾斜角及傾斜角速度中的至少其中之一。
17. —種倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制方法，控制包括，具有可搭載貨物或人的貨臺(tái)的機(jī) 身；由以間隔一定距離被設(shè)置于同一軸上的兩個(gè)車輪予以支撐的托架；被設(shè)置于所述機(jī)身 與所述托架之間，使所述機(jī)身與所述托架的相對位置相對于所述托架的前進(jìn)方向位移的移 動(dòng)機(jī)構(gòu)部；檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的姿勢的傾斜檢測部；檢測所述托架的行進(jìn)狀態(tài) 的行進(jìn)檢測部；產(chǎn)生分別作用于所述兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力的第l致動(dòng)器；產(chǎn)生介于所述移動(dòng) 機(jī)構(gòu)部作用于所述機(jī)身的推力的第2致動(dòng)器；向所述第1致動(dòng)器與所述第2致動(dòng)器輸出扭矩 指令與推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部；生成目標(biāo)指令值的目標(biāo)指令部；生成偏差補(bǔ)償信號(hào)的偏差 補(bǔ)償部；生成穩(wěn)定化信號(hào)的穩(wěn)定化補(bǔ)償部的倒立雙輪式搬運(yùn)車，該控制方法的特征在于包 括以下歩驟讓所述目標(biāo)指令部生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目標(biāo)指令值的歩驟；讓所述偏差補(bǔ)償部，輸入有所述目標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，根據(jù)所述目標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)之間的 偏差，通過對基于所述傾斜檢測部的檢測信號(hào)的信號(hào)進(jìn)行對于時(shí)間的至少雙重積分的處 理，來生成所述偏差補(bǔ)償信號(hào)的步驟；讓所述穩(wěn)定化補(bǔ)償部，至少輸入有所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)， 生成用于控制所述機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化信號(hào)的步驟；讓所述驅(qū)動(dòng)控制部，根據(jù)所述偏差補(bǔ)償信號(hào)與所述穩(wěn)定化信號(hào)，生成所述扭矩指令與 所述推力指令的步驟。
18. —種倒立雙輪式搬運(yùn)車的控制方法，控制包括，具有可搭載貨物或人的貨臺(tái)的機(jī) 身；由以間隔一定距離被設(shè)置于同一軸上的兩個(gè)車輪予以支撐的托架；被設(shè)置于所述機(jī)身 與所述托架之間，使所述機(jī)身與所述托架的相對位置相對于所述托架的前進(jìn)方向位移的移 動(dòng)機(jī)構(gòu)部；檢測所述機(jī)身相對于鉛垂方向的姿勢的傾斜檢測部；檢測所述托架的行進(jìn)狀態(tài) 的行進(jìn)檢測部；檢測所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度檢測部；產(chǎn)生分別作用于 所述兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)力的第l致動(dòng)器；產(chǎn)生介于所述移動(dòng)機(jī)構(gòu)部作用于所述機(jī)身的推力的 第2致動(dòng)器；向所述第1致動(dòng)器與所述第2致動(dòng)器輸出扭矩指令與推力指令的驅(qū)動(dòng)控制部的 倒立雙輪式搬運(yùn)車，該控制方法的特征在于包括以下歩驟讓所述控制部，生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目標(biāo)指令值的步驟； 讓所述控制部，輸入有所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，根據(jù)所述目 標(biāo)指令值與所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)之間的偏差，生成偏差補(bǔ)償信 號(hào)的步驟；讓所述控制部，至少根據(jù)所述傾斜檢測部及所述行進(jìn)檢測部的各檢測信號(hào)，生成用于 控制所述機(jī)身的姿勢的穩(wěn)定化信號(hào)的歩驟；讓所述控制部，基于所述偏差補(bǔ)償信號(hào)與所述穩(wěn)定化信號(hào)生成所述扭矩指令與所述推 力指令，并根據(jù)通過所述垂直加速度檢測部檢測到的加速度的大小，調(diào)整所述第2致動(dòng)器 的推力的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的倒立雙輪式搬運(yùn)車，包括，具有貨臺(tái)的機(jī)身(4)；由車輪(1a)、(1b)所支撐的托架(5)；使機(jī)身(4)與托架(5)的相對位置位移的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部(7)；檢測機(jī)身(4)的姿勢的傾斜傳感器(6)；驅(qū)動(dòng)控制車輪(1a)、(1b)和移動(dòng)機(jī)構(gòu)部(7)的控制部(9)，通過前后位移移動(dòng)機(jī)構(gòu)部(7)，則即使對于行進(jìn)路徑中的坡道或臺(tái)階(step)，也能夠進(jìn)行姿勢控制以使機(jī)身(4)上部的搭乘座席(8)始終保持水平，因此能夠防止貨物倒塌，或者不會(huì)給搭乘者帶來不安感，可穩(wěn)定地行進(jìn)。
文檔編號(hào)G05D1/08GK101568465SQ200880001138
公開日2009年10月28日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者松川善彥, 稻治利夫, 藤岡總一郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社