CN101568465A - 倒立双轮式搬运车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的倒立双轮式搬运车，包括，具有货台的机身(4)；由车轮(1a)、(1b)所支撑的托架(5)；使机身(4)与托架(5)的相对位置位移的移动机构部(7)；检测机身(4)的姿势的倾斜传感器(6)；驱动控制车轮(1a)、(1b)和移动机构部(7)的控制部(9)，通过前后位移移动机构部(7)，则即使对于行进路径中的坡道或台阶(step)，也能够进行姿势控制以使机身(4)上部的搭乘座席(8)始终保持水平，因此能够防止货物倒塌，或者不会给搭乘者带来不安感，可稳定地行进。

Description

倒立双轮式搬运车及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种进行货物或人的运载作业的搬运车，尤其涉及一种具备用于使原本不稳定的机身保持平衡，以稳定地搬运货物或人的机构技术及控制技术的倒立双轮式搬运车。另外，本发明涉及一种即使通过倒立双轮式搬运车上下坡道时，仍可使搭载货物或人等重物的货台始终保持水平，以稳定的姿势行进的倒立双轮式搬运车。此外，本发明涉及一种即使倒立双轮式搬运车的行进路径中存在台阶(step)，仍能够以稳定的姿势跨过台阶行进的倒立双轮式搬运车。

背景技术

作为现有的倒立双轮式搬运车，已知有利用控制技术使不稳定的机身保持平衡的同时，稳定地运送货物或人的搬运车(例如，参照日本专利公开公报特开昭63-305082号(以下称作“专利文献1”))。图27及图28表示上述专利文献1所公开的现有的倒立双轮式搬运车。

图27及图28中，一对车轮102、103被固定于车轴101的两端，四角框形状的车身104被倾斜可能地支撑于车轴101。支轴105被转动可能地架设并支撑于车身104的上部，姿势控制臂106被悬挂并固定于支轴105的中央，同时重锤106a被安装于姿势控制臂106的下端。

在重锤106a的正下方，可正反转的车轮驱动用电动机107固定于车身104，其驱动轴107a与车轴101之间夹有减速齿轮组108。由此，车轮驱动用电动机107的转动驱动减速后被传递至车轴101，车轮102、103正反转动。在支轴105的正上方，可正反转的姿势控制臂驱动用电动机109被安装于车身104，其驱动轴109a与支轴105之间夹有减速齿轮组110。由此，姿势控制臂驱动用电动机109的转动被减速后传递至支轴105，使姿势控制臂106前后摇动。

车身104的一侧设有第1旋转编码器111，其转动轴111a被设定于车轴101的延长线上。一对接触片112、113以呈直角状态被安装于转动轴111a上，其前端滑动可能地接触地面。由此，检测出车身104相对于铅垂线(vertical line)的倾斜角。车轮驱动用电动机107上安装有第2旋转编码器114，同时姿势控制臂驱动用电动机109上安装有第3旋转编码器115，检测两个电动机107、109的转动角度，即车轮102、103的转动角度、相对于铅垂线的倾斜角及姿势控制臂106相对于车身104的角度。车身104的下部搭载有由微电脑构成的控制电脑116，上述各旋转编码器111、114、115的检测信号被输入其中。

控制计算机116，根据输入信号计算车轮驱动用电动机107及姿势控制臂驱动用电动机109的控制扭矩，指令车轮驱动用电动机107及姿势控制臂驱动用电动机109实施与上述控制扭矩相当的动作。具体而言，由编码器111、114、115检测到的角度构成表示机器人(倒立双轮式搬运车)的姿势的状态变量，因此，适用机器人的力学模型，将上述值乘于预先作为使姿势保持稳定的最佳调节器问题(optimal regulator problem)计算出的状态反馈系数，求出针对车轮驱动用电动机107及臂驱动用电动机109的控制扭矩。结果，一旦车身104偏斜，车轮102、103向车身104的偏斜方向移动，同时姿势控制臂106向车身104的偏斜方向的相反侧转动，切实进行车身104的水平平衡复原。

另外，作为现有的其他倒立搬运车，已知有日本专利公开公报特开2004-129435号(以下称作“专利文献2”)公开的倒立搬运车。图29是表示专利文献2所公开的现有的倒立搬运车的图。

图29中，椅子状搬运装置331，包括大致呈球状的球状转动体337、设置于球状转动体337上的框体333、用于供车辆操纵员就座的座席334、以及用于改变椅子状搬运装置331的重心位置的第1配重部(counterweight portion)349c及第2配重部349b。

框体333中设有驱动球状转动体337的未图示的驱动部及控制部、检测框体333的姿势(倾斜角度)的未图示的倾斜角度传感器。倾斜角度传感器检测框体333相对于垂线的倾斜角度所对应的信号，控制部根据与框体333的倾斜角度对应的信号，向驱动部输出驱动信号，驱动部使大致呈球状的转动体337转动，从而控制框体333的姿势及移动。

当车辆操纵员采取前倾、后倾等姿势移动了身体重心时，重心的移动正确地传递至框体333，并与上述姿势控制相结合，从而可使椅子状搬运装置331沿车辆操纵员的目标方向行进。

另外，第1配重部349c被配置以用于在x轴方向上进行重量移动，第2配重部349b被配置以用于在y轴方向上进行重量移动。因此，可通过第1配重部349c与第2配重部349b，在平面上改变重心位置。

根据以上结构，对于当车辆操纵员的就座位置偏离预定位置，车辆操纵员的重心与搬运装置331的重心不一致时发生的框体333的倾斜，控制部可根据与框体333的倾斜角度对应的信号，输出配重驱动信号，恢复框体333的水平平衡。

然而，上述专利文献1、2所公开的现有的结构中，通过移动安装于姿势控制臂106的前端的重锤106a的位置，或移动预先装入机身内部的第1及第2配重部349c、349b，恢复机身的水平平衡，因此存在当搭载质量大于配重的较大的货物与人时，无法仅通过移动上述重锤106a的位置或第1及第2配重部349c、349b，恢复机身的水平的问题。另外，存在假如将重锤与配重的重量增大到足够大，则机身重量会增大，损害作为移动体的运动性能的问题。

另外，存在如下问题，当采用质量尽可能小的重锤与配重时，为了减小其质量并增大配重的力矩，必须尽可能扩大其移动范围，但因形状较大，设计可抗衡重心偏离的配重机构实际上较为困难。

此外，上述专利文献1、2所公开的倒立式搬运车中，没有进行针对上下行进路径中存在的台阶等垂直方向的位移的控制，因此，存在车轮无法很好地跨过台阶而发生翻车的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种倒立双轮式搬运车，对原本不稳定的机身通过控制使其保持平衡，即使所搭载的货物或人的重心与机身的重心发生偏移，仍可将搭载有货物或人的整个机身的重心位置自动地移至车轴的位置，从而恢复水平平衡。

本发明的另一目的为提供一种倒立双轮式搬运车，对原本不稳定的机身通过控制使其保持平衡，进行对垂直方向的位移的控制，能够让跨过台阶的行进以稳定的姿势进行。

本发明提供的一种倒立双轮式搬运车，包括，具有可搭载货物或人的货台的机身；由以间隔一定距离被设置于同一轴上的两个车轮予以支撑的托架；被设置于所述机身与所述托架之间，使所述机身与所述托架的相对位置相对于所述托架的前进方向位移的移动机构部；检测所述机身相对于铅垂方向的姿势的倾斜检测部；检测所述托架的行进状态的行进检测部；产生分别作用于所述两个车轮的转动力的第1致动器；产生介于所述移动机构部作用于所述机身的推力的第2致动器；向所述第1致动器与所述第2致动器输出扭矩指令与推力指令的驱动控制部；生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目标指令值的目标指令部；输入有所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，根据所述目标指令值与所述检测信号的偏差，生成偏差补偿信号的偏差补偿部；至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，生成用于控制所述机身的姿势的稳定化信号的稳定化补偿部，其中，所述偏差补偿部通过对基于所述倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分的处理，来生成所述偏差补偿信号，所述驱动控制部根据所述偏差补偿信号与所述稳定化信号，生成所述扭矩指令与所述推力指令。

根据上述技术方案，在通过控制使原本不稳定的机身保持平衡的倒立双轮式搬运车中，即使所搭载的货物或人的重心与机身的重心发生偏位，移动机构部仍可将搭载有货物或人的整个机身的重心位置自动移至搬运车的车轴位置，保持货台的水平平衡。

本发明提供的另一种倒立双轮式搬运车，包括，具有可搭载货物或人的货台的机身；由以间隔一定距离被设置于同一轴上的两个车轮予以支撑的托架；被设置于所述机身与所述托架之间，使所述机身与所述托架的相对位置相对于所述托架的前进方向位移的移动机构部；检测所述机身相对于铅垂方向的姿势的倾斜检测部；检测所述托架的行进状态的行进检测部；检测所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度检测部；产生分别作用于所述两个车轮的转动力的第1致动器；产生介于所述移动机构部作用于所述机身的推力的第2致动器；向所述第1致动器与所述第2致动器输出扭矩指令与推力指令的驱动控制部，其中，所述控制部根据所述倾斜检测部的检测信号与所述行进检测部的检测信号，控制所述第1致动器的转动扭矩与所述第2致动器的推力，并根据通过所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小，调整所述第2致动器的推力。

根据上述技术方案，在通过控制使原本不稳定的机身保持平衡的倒立双轮式搬运车中，可以对垂直方向的位移进行控制，以稳定的姿势跨过台阶行进。

附图说明

图1是本发明第1实施例的倒立双轮式搬运车的立体图。

图2是图1所示的倒立双轮式搬运车的侧视图。

图3是图1所示的倒立双轮式搬运车的正视图。

图4是用于说明本发明的第1实施例的倒立双轮式搬运车的各常数的定义的图。

图5是本发明的第1实施例的倒立双轮式搬运车的控制部的一个实例的方框图。

图6是表示说明本发明的第1实施例的倒立双轮式搬运车上坡动作的模拟实验结果的时间波形图。

图7是表示说明现有的无移动机构部的倒立双轮式搬运车上坡动作的模拟实验结果的时间波形图。

图8是用于图6及图7的倒立双轮式搬运车的动作模拟实验的速度指令的时间波形图。

图9是用于图6及图7的倒立双轮式搬运车的动作模拟实验的坡道的形状剖视图。

图10是根据图7的倒立双轮式搬运车上坡时的模拟实验结果，模式化地表示机身的前倾姿势的示图。

图11是根据图6的倒立双轮式搬运车上坡时的模拟实验结果，模式化地表示机身的前倾姿势的示图。

图12是用于本发明的第1实施例中的倒立双轮式搬运车的控制部的偏差补偿部的一个实例的框线图。

图13是作为比较例用于模拟实验的偏差补偿部的框线图。

图14是表示采用如图13所示的比较例的偏差补偿部时的模拟实验结果的时间波形图。

图15是用于倒立双轮式搬运车的动作模拟实验的台阶的形状剖视图。

图16是表示说明现有的无移动机构部的倒立双轮式搬运车的台阶跨过动作的模拟实验结果的时间波形图。

图17是表示说明本发明的第1实施例中的倒立双轮式搬运车的台阶跨过动作的模拟实验结果的时间波形图。

图18是模式化地表示图16的倒立双轮式搬运车跨过台阶时的模拟实验结果的示图。

图19是模式化地表示图17的倒立双轮式搬运车跨过台阶时的模拟实验结果的示图。

图20是本发明的第2实施例中的倒立双轮式搬运车的控制部的一个实例的方框图。

图21是构成如图21所示的控制部的信号转换部的更为具体的一个实例的方框图。

图22是表示作为比较例，设有移动机构部的倒立双轮式搬运车不具备垂直加速度传感器时跨过台阶的动作模拟实验结果的时间波形图。

图23是表示说明本发明的第2实施例中的倒立双轮式搬运车的台阶跨过动作的模拟实验结果的时间波形图。

图24是当垂直加速度检测部检测到垂直方向的加速度时脉冲生成部生成的脉冲信号的时间波形图。

图25是本发明的第2实施例中的倒立双轮式搬运车的控制部的另一个实例的方框图。

图26是表示构成如图25所示的控制部的信号转换部的更为具体的一个实例的方框图。

图27是表示现有的通过臂与前端的重锤来保持平衡的倒立双轮式搬运车的立体图。

图28是表示如图27所示的倒立双轮式搬运车的侧视图。

图29是表示装入现有的椅子形座席中的配重的立体图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

(第1实施例)

图1是本发明第1实施例中的倒立双轮式搬运车的立体图，图2是上述倒立双轮式搬运车的侧视图，图3是上述倒立双轮式搬运车的正视图。

图1至图3中，两个车轮1a、1b，设置在同一轴上，分别连接于两个车轴2a、2b。两个第1致动器3a、3b由电动机等构成，分别连接于两个车轴2a、2b，并分别独立地旋转驱动两个车轮1a、1b。托架5可围绕车轴2a、2b的轴转动并保持由车轴2a、2b所支撑的第1致动器3a、3b。第1致动器3a、3b由控制倒立双轮式搬运车10的行进动作等的控制部9予以驱动控制，使倒立双轮式搬运车10行进的同时，使机身4的姿势保持平衡。倾斜传感器6构成检测机身4的姿势，即倾斜角的倾斜检测部，作为倾斜传感器6的一个实例，可采用陀螺传感器。编码器12a、12b安装于第1致动器3a、3b或车轮1a、1b上，构成检测托架(carriage)5的行进状态的行进检测部。垂直加速度传感器13构成垂直加速度检测部，检测倒立双轮式搬运车10的垂直方向上的加速度。另外，若不检测垂直方向上的加速度时，可略去垂直加速度传感器13。

上述倒立双轮式搬运车10的机身4与托架5之间设有移动机构部7，其可通过第2致动器11，使机身4与托架5的相对位置相对于倒立双轮式搬运车10的前进方向位移。为了减少摩擦，移动机构部7中，辊轴部7a、7b设置于承重面7c、7d之间，通过第2致动器11，使托架5与机身4的相对位置可以自如地位移。第2致动器11由可直线运动的线性电动机、或转动电动机及将转动运动转换成直线运动的转换机构等构成。

另外，对于上述倒立双轮式搬运车10，作为货台的一个实例，机身4的上部设置有搭乘人的搭乘座席8。并且，货台的实例并不局限于该例，搁放货物时，可采用适合搁放货物的货物搁放台等取代搭乘座席8。

根据上述结构，倾斜传感器6检测重力方向，并检测机身4相对于重力方向的倾斜姿势，向控制部9输出检测信号。控制部9根据检测到的倾斜，向第1致动器3a、3b与第2致动器11发出适宜的扭矩指令与推力指令，并进行调整，从而使机身4的姿势保持平衡。另外，车轮1a、1b的转动角度，通过对安装于第1致动器3a、3b上的编码器12a、12b的脉冲进行计数予以测定。

下面对本实施例所涉及的倒立双轮式搬运车的控制系统加以说明。图4是用于说明本发明的第1实施例的倒立双轮式搬运车的各常数的定义的示图。

如图4所示，设机身4的倾斜角为φ，车轮1a、1b的转动角为θ，通过移动机构部7实现的机身4相对于托架5的相对位移量为δ，机身4的质量为m1，机身4的惯性力矩为J1，托架5的质量为m2，托架5的惯性力矩为J2，车轮1a、1b的质量为m3(因有两个车轮1a、1b，故表示为1个车轮的质量的2倍)，车轮1a、1b的惯性力矩为J3(因有两个车轮1a、1b，故表示为1个车轮的惯性力矩的2倍)，车轮1a、1b的半径为r，从车轮2a、2b的轴中心到机身4的重心31的高度(距离)为l1，从车轴2a、2b的轴中心到托架5的重心32的高度(距离)为l2。

并且，图4中，质量与惯性力矩因货物或人搭载于货台，即搭乘座席8上而增加的部分，包含在机身4的质量m1及惯性力矩J1中。另外，第1致动器3a、3b的转动通过未图示的减速机构传递至车轮1a、1b，但第1致动器3a、3b的从车轮1a、1b角度看的惯性力矩(如将第1致动器的惯性力矩及减速比分别定义为Jm与n，则为n²×Jm)包含在车轮1a、1b的惯性力矩J3中。

另外，将介于减速机构从第1致动器3a、3b传递至车轮1a、1b的转动扭矩定义为T(如将第1致动器3a、3b的发生力矩及减速比分别定义为tm、n，则为n×tm)，将作用于移动机构部7的第2致动器11的推力定义为F，将车轮1a、1b转动时的粘性摩擦系数定义为μt，将移动机构部7的粘性摩擦系数定义为μs。

将倒立双轮式搬运车10的上述常数设定如下。

机身4的质量              m1＝55kg

托架5的质量              m2＝15kg

车轮1a、1b的质量         m3＝3×2kg

机身4的惯性力矩          J1＝4kg·m²

托架5的惯性力矩          J2＝0.2kg·m²

车轮1a、1b的惯性力矩     J3＝0.1×2kg·m²

车轮1a、1b的半径         r＝0.2m

机身4的重心距离          l1＝0.3m

托架5的重心距离          l2＝0.1m

车轮的粘性摩擦系数       μt＝0.0001N·m/(rad/s)

移动机构部的粘性摩擦系数 μs＝0.0001N/(m/s)

重力加速度    g＝9.8m/s²

采用以上常数，如图4所示的倒立双轮式搬运车10的运动方程式变为以下(式1)、(式2)及(式3)这3个公式。但是，当倒立双轮式搬运车10处于倒立状态时，将机身4的倾斜角φ视为非常小，采用<式4>、<式5>的近似公式进行线性化。并且，图及式中变量上方的“·”表示变量的一阶时间微分，“¨”表示变量的二阶时间微分。

$(J1+J2+m1\&CenterDot;{l1}^2+m2\&CenterDot;{l2}^2)\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}+(m1\&CenterDot;r\&CenterDot;l1+m2\&CenterDot;r\&CenterDot;l2)\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}+m1\&CenterDot;l1\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}+\mathrm{\&mu;t}\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}-\mathrm{\&mu;t}\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}$

$-(m1\&CenterDot;l1+m2\&CenterDot;l2)\&CenterDot;g\&CenterDot;\mathrm{\&phi;}-m1\&CenterDot;g\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}=-T$ …(式1)

$(m1\&CenterDot;l1+m2\&CenterDot;l2)\&CenterDot;r\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}+\{J3+(m1+m2+m3)\&CenterDot;r^2\}\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}+m1\&CenterDot;r\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}-\mathrm{\&mu;t}\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}+\mathrm{\&mu;t}\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}=T$

…(式2)

$m1\&CenterDot;l1\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}+m1\&CenterDot;r\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}+m1\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}+\mathrm{\&mu;s}\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}-m1\&CenterDot;g\&CenterDot;\mathrm{\&phi;}=F$ …(式3)

cosφ≈1       …(式4)

sinφ≈φ      …(式5)

并且，如将状态变量定义为(式6)，将输入定义为(式7)，(式1)、(式2)及(式3)可整理成(式8)的状态方程式。并且，(式6)及(式7)中记述的T表示矢量的转置操作。

$x={\left[\begin{array}{cccccc}\mathrm{\&phi;}& \mathrm{\&theta;}& \mathrm{\&delta;}& \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}& \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}& \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&delta;}}\end{array}\right]}^T$ …(式6)

u＝[T F]^T    …(式7)

$\stackrel{\&CenterDot;}{x}=A\&CenterDot;x+B\&CenterDot;u$ …(式8)

此处，机身4的倾斜角φ可通过倾斜传感器6测定，车轮1a、1b的转动角θ可通过编码器12a、12b测定。另外，移动机构部7的相对位移量δ可在移动机构部7上安装位置传感器，直接测定机身4与托架5的偏位，另外，也可根据(式8)的状态方程式，设置普遍使用的状态观测器，根据可测定的两个状态变量(φ，θ)与两个输入值(T，F)推算出移动机构部7的相对位移量δ。若设置状态观测器，可不必为了测定机身4与托架5的偏位δ而特意在移动机构部7设置位置传感器，因此可降低装置的成本。

如上所述，(式6)的状态变量均可测定，可通过利用最佳调节器法(optimal regulatormethod)等确定适当的状态反馈增益，使倒立双轮式搬运车10处于倒立状态时保持稳定。

图5是本发明的第1实施例的倒立双轮式搬运车10的控制部9的一个实例的方框图。图5中，控制部9包括稳定化补偿部41、状态观测部42、驱动控制部43、目标状态生成部44及偏差补偿部45。并且，图5中，作为框线图中的控制对象物，对倒立双轮式搬运车10予以了图示，并将第1致动器3a、3b、第2致动器11、倾斜传感器6及编码器12a、12b等合并，以1个方框表示。

如图5所示，图1所示的倒立双轮式搬运车10是一个向驱动车轮1a、1b使其转动的第1致动器3a、3b输入扭矩指令T、向移动机构部7的第2致动器11输入推力指令F、输出(式6)重的6个状态变量的2输入6输出系统。

此处，倒立双轮式搬运车10的(式6)中的状态变量x中，仅车轮1a、1b的转动角θ与机身4的倾斜角φ可分别通过编码器12a、12b与倾斜传感器6予以检测。另外，将转动角θ及倾斜角φ这两个检测信号、车轮1a、1b的扭矩指令T及移动机构部7的推力指令F这两个输入信号输入至状态观测部42，推算出无法利用编码器与传感器检测到的(式6)中的状态变量(δ，φ’，θ’，δ’)(以下，在说明书中，将图及式中变量上方表示一阶时间微分的“·”标为“’”)，将所得到的状态变量x的推算值x^(以下，在说明书中，将图及式中变量上方表示推算值的“^”直接标在变量后)输入稳定化补偿部41。

稳定化补偿部41向驱动控制部43输出将通过状态观测部42推定的状态变量x^乘于用于使控制系统保持稳定的状态反馈增益而生成的稳定化信号P(两个输出信号Tp、Fp)。稳定化信号P可通过(式9)求出。此处，反馈系数FG表示状态反馈增益，为可用(式10)表示的2行6列的行列式。

$P=\left[\begin{array}{c}\mathrm{Tp}\\ \mathrm{Fp}\end{array}\right]=-\mathrm{FG}\&CenterDot;\hat{x}$ …(式9)

$\mathrm{FG}=\left[\begin{array}{cccccc}f1& f2& f3& f4& f5& f6\\ g1& g2& g3& g4& g5& g6\end{array}\right]$ …(式10)

即，通过根据(式9)，将控制系统的所有的状态变量x^乘于(式10)的各增益系数，进行状态反馈的控制运算。通过状态反馈使控制系统保持稳定的控制方法以往常常被用作最佳调节器问题，求取反馈系数FG的方法作为黎卡提方程式的解法已众所共知，本实施例中也可采用这些公知的技术。如此，稳定化补偿部41及状态观测部42作为至少输入倾斜传感器6及编码器12a、12b的各检测信号，生成控制机身4的姿势的稳定化信号P的稳定化补偿部的一个实例发挥作用。

目标状态生成部44作为生成托架5的位置及速度中的至少其中之一的目标指令值的目标指令部发挥作用，例如，根据角速度指令θr’生成车轮1a、1b的目标角度θr及机身4的目标倾斜角φr。这时，未使机身4发生倾斜，因此目标倾斜角φr为零。

倒立双轮式搬运车10的转动角θ与机身4的倾斜角φ反馈至偏差补偿部45，偏差补偿部45根据目标状态生成部44输出的目标值(θr，φr)与倒立双轮式搬运车10(编码器12a、12b及倾斜传感器6)的输出(θ，φ)之间的各偏差，进行适当的运算，然后向驱动控制部43输出偏差补偿信号E(两个输出信号Te、Fe)。

驱动控制部43将稳定化补偿部41与偏差补偿部45输出的稳定化信号P与偏差补偿信号E分别相加，生成(式7)的扭矩指令T及推力指令F。即，扭矩指令T与推力指令F可分别通过(式11)、(式12)求出。

T＝Tp+Te    …(式11)

F＝Fp+Fe    …(式12)

由驱动控制部43生成的扭矩指令T及推力指令F输入至倒立双轮式搬运车10(第1致动器3a、3b及第2致动器11)，进行反馈控制，从而使车轮1a、1b的转动角速度θ’与角速度指令θr’保持一致，机身4的倾斜角φ变为目标倾斜角φr(＝0)。并且，关于偏差补偿部45的详细动作，在后文利用图12加以说明。

图6是表示在本实施例的具有移动机构部7的倒立双轮式搬运车10中，组合采用如图5所示的控制系统与(式8)所示的线形模型进行模拟实验的结果的时间波形图，图7是用于表示无移动机构部的现有的倒立双轮式搬运车的模拟实验的结果，比较移动机构部7的效果的时间波形图。图6及图7中，各倒立双轮式搬运车如图8所示，被赋予从时间点t0开始加速，直到移动速度达到1m/s为止的速度指令，并设为从时间点t1开始驶上如图9所示的坡度为10°的坡道。

图6中，图6(a)表示倒立双轮式搬运车10从倒立的停止状态(时间点t0)开始加速到1m/s的情况的移动速度v，图6(b)表示使移动机构部7发挥作用时的机身4的倾斜角φ，图6(c)表示移动机构部7的相对位移量δ，图6(d)表示车轮1a、1b的转动扭矩T，图6(e)表示作用于移动机构部7的第2致动器11的推力F。此处，倒立双轮式搬运车10的移动速度v通过(式13)求出，r代表车轮1a、1b的半径，θ’代表车轮1a、1b的转动角速度。

$v=r\&CenterDot;\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}$ …(式13)

另一方面，图7中，图7(a)表示与图6(a)相同的移动速度v，图7(b)表示为避免移动机构部发生偏位而将其固定(δ＝0)时的机身4的倾斜角φ，图7(c)表示移动机构部的固定状态(δ＝0)，图7(d)表示车轮1a、1b的转动扭矩T。

如图6所示，本实施例中，使移动机构部7发挥作用，因此，从停止状态t0开始加速时，移动机构部7的相对位移量δ为向前进方向位移大约1cm，机身4变为仅向前进方向稍稍前倾的姿势(φ≈0)。在时间点t1，驶上图8的坡道时，移动机构部7的相对位移量δ变为向前进方向位移大约5cm，机身4不变为前倾姿势。

与此相对，图7中的现有的倒立双轮式搬运车(等同于移动机构部被固定的倒立双轮式搬运车)，从停止状态t0开始加速时，变为向前进方向前倾的姿势(φ＝2°)，随后以一定的速度移动时，前倾姿势有所改善(φ＝0°)，但在时间点t1，到达坡道并驶上坡道时再次变为前倾姿势(φ＝8°)。

图10及图11是根据图7及图6中的倒立双轮式搬运车上坡时的模拟实验结果，模式化地表示机身的前倾姿势的示图。并且，为了便于对比，图10及图11中对应的部分采用相同符号。

图10表示现有的倒立双轮式搬运车无移动机构部时的情况，机身4变为前倾姿势，机身4的重心与托架5的重心32移向前进方向上的前方。因此，在重力作用下，机身4与托架5以车轴2a、2b为中心，产生顺时针方向的转动力矩。

此处，在图10的情况下，移动机构部被固定(δ＝0)，因此如将机身4及托架5的倾斜角设为φ，将车轮1a、1b的转动扭矩设为T(由于有两个车轮1a、1b，因此表示为1个车轮所产生扭矩的2倍)，则以下(式14)成立。并且，g为作用于质量m1、m2的重力加速度，各常数及变量标为与本实施例相同。

T＝(m1·l1+m2·l2)·g·sinφ                …(式14)

即，在无移动机构部的现有的倒立双轮式搬运车中，若不采取前倾姿势，车轮1a、1b上无法产生转动扭矩无法T，如(式14)所示，无法一边使转动扭矩T与在重力作用下产生的转动力矩保持平衡，一边上坡。上述趋势与坡度的大小成正比，如图9中的坡道的坡度变大，上坡所需转动扭矩T就会变大，根据(式14)，机身4的倾斜角φ也会变大。

另一方面，图11表示本实施方式的具有移动机构部7的倒立双轮式搬运车的情况，机身4的重心31在移动机构部7的作用下，仅向前进方向上的前方移动相对位移量δ。如假设托架5的重心32位于车轴2a、2b上，托架5不会在重力作用下产生转动力矩。如此，机身4的重心31在移动机构部7的作用下，仅向前进方向上的前方移动相对位移量δ，从而机身4在重力作用下，以车轴2a、2b为中心，产生顺时针方向的转动力矩。若将移动机构部7的相对位移量设为δ，将车轮的产生力矩设为T，则以下(式15)成立。

T＝m1·g·δ                  …(式15)

如上所示，(式15)中不含有(式14)中出现的机身4的倾斜角φ这一项。即，对于本实施方式的倒立双轮式搬运车10，可通过移动机构部7的作用使机身4的重心向前进方向移动，因此即使不像现有的倒立双轮式搬运车那样采取前倾姿势，也可自动地移动整个机身4的重心位置，一边使搭载货物或人的货台，即搭乘座席8始终保持水平，一边上坡。

并且，上述说明中，进行了上坡时的模拟实验，但本实施方式的倒立双轮式搬运车10在移动机构部7的作用下，不仅上坡时，下坡时也可一边使搭乘座席8始终保持水平，一边下坡。

下面对偏差补偿部45的动作详细地进行说明。如图5所示，车轮1a、1b的转动角θ及机身4的倾斜角φ被从倒立双轮式搬运车10(编码器12a、12b及倾斜传感器6)反馈至偏差补偿部45，偏差补偿部45求出目标状态生成部44所输出的目标值(θr，φr)与倒立双轮式搬运车10(第1致动器3a、3b及第2致动器11)的输出(θ，φ)的各项偏差(θe，φe)。接着，偏差补偿部45根据偏差(θe，φe)进行相应的运算，然后向驱动控制部43输出偏差补偿信号E(两个输出信号Te、Fe)。

图12是表示用于如图5所示的第1实施例的倒立双轮式搬运车10的控制部的偏差补偿部45的一个实例的框线图。并且，图12中，s代表拉普拉斯算子，另外，k1、k2及k3代表增益系数，均为二维矢量。

图12中，偏差补偿部45包括第1积分部61、第2积分部62、第3积分部63、第1乘法运算部71、第2乘法运算部72、第3乘法运算部73、第1比较部81、信号加法运算部82、第2比较部83及信号合成部84。

第1比较部81比较目标倾斜角φr(这时φr＝0)与机身4的倾斜角φ，向第1积分部61输出倾斜角偏差φe(＝φr-φ)。第1积分部61按时间对倾斜角偏差φe进行积分，将得到的积分输出结果分别输出至第2积分部62与第1乘法运算部71。第2积分部62再次对第1积分部61的积分输出结果进行积分，向第2乘法运算部72输出双重积分信号。如此，通过将第1积分部61与第2积分部62串联，进行双重积分处理。

接着，第1乘法运算部71将所输入的第1积分部61的积分输出结果乘于第1系数k1，输出至信号加法运算部82。第2乘法运算部72将第2积分部62的双重积分信号乘于第2系数k2，然后输出至信号加法运算部82。信号加法运算部82将第1乘法运算部71的输出结果与第2乘法运算部72的输出结果相加，并将得到的倾斜角偏差φe的处理信号输出至信号合成部84。如此，由第1积分部61、第2积分部62、第1乘法运算部71、第2乘法运算部72及信号加法运算部82构成的部分为在偏差补偿部45中处理倾斜角偏差φe的框线图。

另外，第2比较部83比较车轮1a、1b的目标角度θr与车轮1a、1b的转动角θ，将转动角偏差θe(＝θr-θ)输出至第3积分部63。第3积分部63按时间对转动角偏差θe进行积分，将所得到的积分输出结果输出至第3乘法运算部73。第3乘法运算部73将所输入的第3积分部63的积分输出结果乘于第3系数k3，将所得到的转动角偏差θe的处理信号输出至信号合成部84。如此，由第3积分部63及第3乘法运算部73构成的部分为在偏差补偿部45中处理转动角偏差θe的框线图。信号合成部84将倾斜角偏差φe的处理信号与转动角偏差θe的处理信号相加，将偏差补偿信号E输出至驱动控制部43。

图12的框线图中，有关倾斜角偏差φe的传递函数如(式16)所示。

$\mathrm{Gd}\left(s\right)=\frac{k1}{s}+\frac{k2}{s^2}=\frac{k1\&CenterDot;s+k2}{s^2}$ …(式16)

根据(式16)，对于与偏差补偿部45的倾斜角偏差φe有关的传递函数Gd，分母的s项的次数为2，以双重积分的形式予以表示。如此，较为重要的是，对于偏差补偿部45的传递函数Gd，分母的s项次数为2。

另外，图12的框线图中，有关转动角偏差θe的传递函数如(式17)所示。

$\mathrm{Gc}\left(s\right)=\frac{k3}{s}$ …(式17)

可利用上述(式16)与(式17)，将信号合成部84输出的偏差补偿信号E表示为(式18)。

$E=\left[\begin{array}{c}\mathrm{Te}\\ \mathrm{Fe}\end{array}\right]=\mathrm{Gd}\left(s\right)\&CenterDot;\mathrm{\&phi;e}+\mathrm{Gc}\left(s\right)\&CenterDot;\mathrm{\&theta;e}$ …(式18)

下面，为了比较偏差补偿部45的传递函数Gd的分母中的s项次数不同时的动作，针对偏差补偿部45的传递函数Gd中分母的s项次数选为1时的倒立双轮式搬运车10的动作，说明模拟实验的结果。

图13是用于模拟实验的比较例的偏差补偿部的框线图。图13与将图12的框线图中的增益系数k2设为零是等价的，图13的框线图中，与倾斜角偏差φe有关的传递函数如(式19)所示。从(式19)可以看出，比较例的偏差补偿部的传递函数Gd的分母的s项次数为1。

$\mathrm{Gd}\left(s\right)=\frac{k1}{s}$ …(式19)

图14为表示采用如图13所示的比较例的偏差补偿部作为倒立双轮式搬运车的如图5所示的控制系统中包括的偏差补偿部45的构成，传递函数表示为(式19)时的模拟实验的结果的时间波形图。另一方面，采用如图12所示的本实施方式的偏差补偿部作为如图5所示的控制系统所包括的偏差补偿部45的构成，传递函数表示为(式16)时的模拟实验结果为前述图6的时间波形图。

并且，图14的模拟实验结果与图6的模拟实验结果相比，仅如图5所示的控制系统中包括的偏差补偿部45的构成不同，其余的倒立双轮式搬运车的各常数相同，比较例的倒立双轮式搬运车设为根据图8的速度指令，驶上如图9所示的倾斜角10°的坡道。另外，图14的(a)、(b)、(c)、(d)及(e)与图6中的各项分别对应，因此，略去重复的说明。

图14(b)中，比较例的倒立双轮式搬运车驶上图9的坡道时，机身4变为前倾姿势(φ＝1.5°)。图14中，机身4变为前倾姿势，因此，设置于机身4与托架5之间的移动机构部7也变为前进方向上的前方部分下降的状态，机身4在重力作用下，受到使移动机构部7向前进方向滑落的力。结果，为了抑制机身4的偏位，如图14(e)所示，第2致动器11产生方向与前进方向相反的推力F，与机身4在重力作用下向前进方向滑落的力平衡。即，在图14的情形下，第2致动器11在上坡时必须始终产生一个方向与前进方向相反的推力F。

另一方面，若如本实施方式所示，在偏差补偿部45的传递函数Gd中，分母的s项次数为2以上，则如图6(b)所示，倒立双轮式搬运车10驶上图9的坡道时，机身4不会变为前倾姿势(φ＝0°)，第2致动器11在上坡时不必产生推力F，就电力消耗这一点而言，比图14的比较例有利。

综上所述，通过将如图5所示的控制系统中包括的偏差补偿部45的分母的s项次数设为2以上，上坡及下坡时，机身4均不会变为前倾姿势，移动机构部7也可保持水平，因此，不必为了保持(maintain)偏位使第2致动器11始终产生推力F来抵消作用于机身4的重力，可使作为搭载货物或人的货台的搭乘座席8一边始终保持水平，一边移动。结果，不会给人带来不安感，可防止货物发生左右滑动与倒塌，减少用于驱动的电力消耗。

下面，取代驶上如图9所示的坡度为10°的坡道，对本实施方式的倒立双轮式搬运车10如图15所示的通过行进路径中存在的台阶时的动作加以说明。倒立双轮式搬运车10设为以0.5m/s的移动速度在行进路径中移动时，在后述时间点t2通过高度为3cm的台阶，在本实施方式的具有移动机构部7的倒立双轮式搬运车10中，组合如图5所示的控制系统与可表示为(式8)的线形模型，进行模拟实验。

图16是表示无移动机构部的现有的倒立双轮式搬运车的模拟实验结果的时间波形图，即表示为了比较本实施方式的移动机构部7的效果，在倒立双轮式搬运车10中将移动机构部7固定(δ＝0)以免发生偏位的比较例的模拟实验结果的时间波形图。图16中，图16(a)表示移动速度v，图16(b)表示移动机构部7固定后的机身4的倾斜角φ，图16(c)表示移动机构部7的固定状态(δ＝0)，图16(d)表示车轮1a、1b的转动扭矩T。

另一方面，图17为表示在本实施方式的倒立双轮式搬运车10中使移动机构部7发挥作用时的模拟实验结果的时间波形图。图17中，图17(a)表示与图16(a)相同的移动速度V，图17(b)表示使移动机构部7发挥作用时的机身4的倾斜角φ，图17(c)表示移动机构部7的相对位移量δ，图17(d)表示车轮1a、1b的转动扭矩T，图17(e)表示作用于移动机构部7的第2致动器11的推力F。

图16中，在将移动机构部7固定(δ＝0)以免发生偏位的比较例中，在时间点t2，在图15的台阶位置无法跨过台阶，如图16(a)所示，倒立双轮式搬运车暂时停止。根据图16的模拟实验结果，随着时间推移，机身4如图16(b)所示，慢慢变为向前进方向前倾的姿势，车轮1a、1b的转动扭矩T也如图16(d)所示增加，在机身4的倾斜角φ达到30°的时间点最终跨过台阶。

在上述模拟实验及实际的控制中，通过假设(式4)及(式5)成立，使用(式8)的线形模型。但是，当机身4的倾斜角φ变为10°以上时，无法采用(式8)的线形模型，倒立双轮式搬运车10的控制也无法正确执行。因此，将移动机构部7固定(δ＝0)以免发生偏位时，比较例的倒立双轮式搬运车无法跨过图15的台阶。

与此相反，如图17所示，本实施方式的倒立双轮式搬运车10中，若使移动机构部7发挥作用，在时间点t2通过图15的台阶时，前进方向上的移动机构部7的相对位移量δ变为大约9cm，但机身4的倾斜角φ非常小。因此，可使用(式8)的线形模型，正确地执行控制，本实施方式的倒立双轮式搬运车10能够毫无问题地跨过图15的台阶。

图18及图19是根据图16及图17的倒立双轮式搬运车跨过台阶时的模拟实验结果，模式化地表示机身4的前倾姿势的示图。并且，为了便于对比，图18及图19中对应的部分采用相同符号。

图18表示现有的倒立双轮式搬运车无移动机构部时的情况，机身4在台阶位置处停止，变为前倾姿势，机身4的重心31与托架5的重心32移向前进方向上的前方。因此，在重力作用下，机身4与托架5上以车轴2a、2b为中心，产生顺时针方向的转动力矩。这时，为了相对于机身4的倾斜角φ而言满足(式14)，车轮1a、1b产生转动扭矩T，但在(式8)的线形模型成立的范围内，控制系统无法产生正好可以跨过台阶的转动扭矩T，无法跨过台阶。

另一方面，图19表示本实施方式的具有移动机构部7的倒立双轮式搬运车的情况，机身4的重心31在移动机构部7的作用下，仅向前进方向上的前方移动相对位移量δ。即使机身4仅向前进方向上的前方移动相对位移量δ，也不会变为前倾姿势，倾斜角φ较小，因此，对于控制系统，(式8)的线形模型始终成立。另外，通过机身4的重心在移动机构部7的作用下，仅向前进方向上的前方移动相对位移量δ，机身4在重力作用下，以车轴2a、2b为中心，产生顺时针方向的转动力矩。为了相对于机身4的相对位移量δ而言满足(式15)，车轮1a、1b产生转动扭矩T，因此，只要在移动机构部7的活动范围内产生跨过台阶所需的转动扭矩，即可跨过台阶。

从以上说明可以看出，如图19所示，对于现有的倒立双轮式搬运车难以实现的跨过台阶，通过使移动机构部7发挥作用，可以将搭载有人或货物的整个机身4的重心位置移向前进方向上的前方，因此具有可以以稳定的姿势跨过台阶行进的效果。

(第2实施方式)

图20是本发明的第2实施例的倒立双轮式搬运车的控制部的一个实例的方框图。图20中，与图5相同的构成要素采用相同符号，并略去重复的说明。另外，除如图20所示的控制部外，本实施方式的整体结构与如图1至图4所示的第1实施方式相同，因此，略去图示，采用与第1实施方式相同的符号对各部分进行说明。

本实施方式中，采用如图2所示的垂直加速度传感器13，倒立双轮式搬运车10对行进路径中存在的台阶等的垂直方向的位移进行控制。即，倒立双轮式搬运车10上安装有构成垂直加速度检测部的垂直加速度传感器13，例如，倒立双轮式搬运车10驶上行进路径中存在的台阶等时，垂直加速度传感器13检测托架5的垂直方向的加速度，输出加速度信号z¨(以下，在说明书中，将图及式中变量上方表示2阶时间微分的“¨”标为“¨”)。

图20中，加速度信号z输入至脉冲生成部51，脉冲生成部51测量所输入的加速度信号z¨的大小，当垂直方向的加速度变化超过指定值时，向信号转换部52输出脉冲信号w。图5的驱动控制部43所生成的扭矩指令T与推力指令F输入至信号转换部52，信号转换部52根据脉冲信号w，向倒立双轮式搬运车10(第1致动器3a、3b及第2致动器11)输出转换后的扭矩转换指令T’及推力转换指令F’。

图21是表示构成如图20所示的控制部的信号转换部52的更为具体的一个实例的方框图。图21中，由驱动控制部43所输入的扭矩指令T直接作为扭矩转换指令T’，输出至倒立双轮式搬运车10(第1致动器3a、3b)。由驱动控制部43所输入的推力指令F通过切换开关53，作为推力转换指令F’，输出至倒立双轮式搬运车10(第2致动器11)。

切换开关53的输出端子根据由脉冲生成部51输出的脉冲信号w，连接于端子a侧或端子b侧。脉冲生成部51向构成信号转换部52的切换开关53输出脉冲信号w时，切换开关53切换至端子a侧，由驱动控制部43输入的推力指令F不输出至倒立双轮式搬运车10，构成信号转换部52的信号发生部54所发生的一定值F0被输出来作为推力转换指令F’。

另一方面，脉冲信号w不输出至切换开关53时，切换开关53的输出端子连接于端子b侧，由驱动控制部43输入的推力指令F直接作为推力转换指令F’，输出至倒立双轮式搬运车10(第2致动器11)。

即，倒立双轮式搬运车10驶上并通过行进路径中存在的台阶等时，垂直加速度传感器13检测垂直方向的加速度，信号转换器52转换推力指令F，向倒立双轮式搬运车10输出推力转换指令F’。如此，本实施方式中构成倒立双轮式搬运车10的控制系统的控制部9对行进路径中存在的台阶等的垂直方向的位移进行控制。

图22是表示作为比较例，设有移动机构部7的倒立双轮式搬运车10不具备垂直加速度传感器时跨过台阶的动作模拟实验结果的时间波形图。设定用于本模拟实验的行进路径中有如图15所示的高3cm的台阶，比较例的倒立双轮式搬运车10跨过台阶。

图22的模拟实验与图17的模拟实验不同点为，图17中，倒立双轮式搬运车10以0.5m/s的移动速度v通过台阶，图22中，倒立双轮式搬运车10以0.3m/s的移动速度v通过台阶。一般而言，倒立双轮式搬运车10的移动速度v越大，倒立双轮式搬运车10所具有的动能就越大，移动速度v越大，倒立双轮式搬运车10越容易跨过台阶。另一方面，倒立双轮式搬运车10的移动速度v越慢，预计越难跨过台阶。

图22中，图22(a)表示移动速度v，图22(b)表示机身4的倾斜角φ，图22(c)表示移动机构部7的相对位移量δ，图22(d)表示车轮1a、1b的转动扭矩T，图22(e)表示作用于移动机构部7的第2致动器11的推力F。

如图17所示，当移动速度v为0.5m/s时，倒立双轮式搬运车10可以毫无问题地跨过图15的台阶。然而，当使移动速度v降低至0.3m/s时，如图22(a)所示，倒立双轮式搬运车10在时间点t2，在台阶处暂时停止。这时，移动机构部7的相对位移量δ随着时间推移，如图22(c)所示，向前进方向慢慢增加。

另外，车轮1a、1b的转动扭矩T如图22(d)所示，一边符合(式15)一边增加，在移动机构部7的相对位移量δ大致达到15cm的时间点，倒立双轮式搬运车10跨过台阶。机身4由控制部9进行姿势控制，因此，机身4的倾斜角φ如图22(b)所示，仅前后微小震动，而不会采取较大幅度的前倾姿势。

如上所述，倒立双轮式搬运车10在台阶位置处暂时停止，因此，跨过台阶所需时间大约为5秒。如此，倒立双轮式搬运车10在台阶位置处暂时停止，因此，移动速度v的动能未有效地被用于跨过台阶。结果，在不具备垂直加速度传感器的倒立双轮式搬运车10中，跨过台阶所需的车轮1a、1b的转动扭矩T如图22(d)所示，为80Nm，需要较大的扭矩。

图23是表示本实施方式的具有垂直加速度传感器13的倒立双轮式搬运车10跨过台阶的动作的模拟实验结果的时间波形图。设定用于本模拟实验的行进路径与图22相同，有如图15所示的高3cm的台阶，倒立双轮式搬运车10以0.3m/s的移动速度v通过台阶。这时，本实施方式的倒立双轮式搬运车10具备构成垂直加速度检测部的垂直加速度传感器13，对行进路径中存在的台阶等的垂直方向的位移进行跨过台阶的控制。

图23中，图23(a)表示与图22(a)相同的移动速度v，图23(b)表示采用垂直加速度传感器13及如图20所示的控制部，对垂直方向的位移进行控制时的机身4的倾斜角φ，图23(c)表示移动机构部7的相对位移量δ，图23(d)表示车轮1a、1b的转动扭矩T，图23(e)表示作用于移动机构部7的第2致动器11的推力F。

如图23所示，倒立双轮式搬运车10在时间点t2到达如图15所示的台阶，垂直加速度传感器13检测到垂直方向的加速度时，脉冲生成部51向信号转换部52输出如图24所示的脉冲信号w。图24的脉冲信号w的脉宽设为例如0.5秒。

输入至信号转换部52的脉冲信号w使切换开关53切换至端子a侧，从驱动控制部43输入的推力指令F被与控制系统切断，构成信号转换部52的信号发生部54发生的一定值F0作为推力转换指令F’被输出。图23的实例中，信号发生部54发生的一定值F0的值选为零(F0＝0)，因此，在时间点t2，脉冲信号w输入至信号转换部52期间，作用于移动机构部7的第2致动器11的推力F如图23(e)所示，变为零。

另外，倒立双轮式搬运车10在时间点t2到达如图15所示的台阶时，如图23(c)所示，作为相对位移量δ，即使第2致动器11的推力F为零，机身4仍在惯性作用下，向前进方向位移大约10cm。如此，机身4向前进方向大幅度位移，因此，机身4将变为向前进方向前倾的姿势。

另一方面，由于即使在时间点t2跨过台阶时，车轮1a、1b的转动扭矩T构成控制系统，因此，可进行机身4的姿势控制，如图23(d)所示，使转动扭矩T向跨过台阶的方向增大，从而避免机身4变为前倾姿势。在上述转动扭矩T的反作用作用下，机身4如图23(b)所示，向与前进方向相反的方向倾斜，但倾斜角φ控制至-5°。结果，图23时，倒立双轮式搬运车10在台阶处暂时停止，但与图22相比，可顺畅地跨过台阶。

如上所述，本实施方式中，通过垂直加速度传感器13检测垂直方向的加速度，检测倒立双轮式搬运车10到达台阶的时间点，向切换开关53输出脉冲信号w。在上述时间点，将第2致动器11的推力F设为零(将信号发生部54发生的一定值F0设为零时)，使机身4在惯性作用下向前进方向位移，增大车轮1a、1b的转动扭矩，跨过台阶。因此，移动速度v的动能有效地用于跨过台阶，跨过台阶所需的车轮1a、1a的转动扭矩T与图22(d)相比，为较小的扭矩即足够。

通过以上说明可以看出，通过设置检测托架5的垂直方向的加速度的垂直加速度传感器13，对行进路径中存在的台阶等的垂直方向的位移进行控制，对于现有的倒立双轮式搬运车较为困难的台阶跨过动作，本第2实施方式的倒立双轮式搬运车可使搭载有货物或人的整个机身4的重心位置向前进方向上的前方移动，因此能够以稳定的姿势，更为顺畅地跨过台阶。

另外，用于本实施方式的控制部并不局限于上述实例，可进行各种变更，例如，也可采用如下所述的控制部。图25是本发明的第2实施例中的倒立双轮式搬运车的控制部的另一个实例的方框图。图25中，对与图5相同的构成要素赋予相同的符号，并略去重复的说明。

采用如图25所示的控制部9及如图2所示的垂直加速度传感器13，本实例的倒立双轮式搬运车10也对行进路径中存在的台阶等的垂直方向的位移进行控制。即，倒立双轮式搬运车10上安装有构成垂直加速度检测部的垂直加速度传感器13，例如，倒立双轮式搬运车10驶上或驶下行进路径中存在的台阶等时，垂直加速度传感器13检测托架5的垂直方向的加速度，输出加速度信号z¨。

图25中，加速度信号z¨输入至脉冲生成部51a，脉冲生成部51a测量所输入的加速度信号z¨的大小，当垂直方向的加速度变化超过指定值时，向信号转换部52a输出脉冲信号w。同时，脉冲生成部51a在所输入的加速度信号z¨的极性为负时，向信号转换部52a输出极性信号q。

即，倒立双轮式搬运车10驶下台阶时，脉冲生成部51a向信号转换部52a输出脉冲信号w与极性信号q。另一方面，倒立双轮式搬运车10驶上台阶时，脉冲生成部51a仅向信号转换部52a输出脉冲信号w。

驱动控制部43生成的扭矩指令T与推力指令F输入至信号转换部52，信号转换部52a根据脉冲信号w与极性信号q，向倒立双轮式搬运车10(第1致动器3a、3b及第2致动器11)输出转换后的扭矩转换指令T’及推力转换指令F’。

图26是表示构成如图25所示的控制部的信号转换部52的更为具体的一个实例的方框图。图26中，由驱动控制部43输入的扭矩指令T直接作为扭矩转换指令T’，被输出至倒立双轮式搬运车10(第1致动器3a、3b)。由驱动控制部43输入的推力指令F通过切换开关53，作为推力转换指令F’被输出至倒立双轮式搬运车10(第2致动器11)。切换开关53的输出端子根据脉冲生成部51输出的脉冲信号w及极性信号q，连接于端子a侧、端子b侧或端子c侧。

例如，倒立双轮式搬运车10驶上台阶时，脉冲生成部51a仅向切换开关53a输出脉冲信号w，切换开关53a切换至端子a侧。这时，从驱动控制部43输入的推力指令F不输出至倒立双轮式搬运车10(第2致动器11)，信号发生部54发生的一定值F0被输出作为推力转换指令F’。

另一方面，倒立双轮式搬运车10驶下台阶时，脉冲生成部51a向切换开关53a输出脉冲信号w及极性信号q，切换开关53a切换至端子c侧。这时，从驱动控制部43输入的推力指令F不输出至倒立双轮式搬运车10(第2致动器11)，信号发生部55发生的一定值(-F0)被输出作为推力转换指令F’。

另外，倒立双轮式搬运车10不通过台阶时，脉冲生成部51a不向切换开关53输出脉冲信号w，切换开关53的输出端子连接于端子b侧，从驱动控制部43输入的推力指令F直接作为推力转换指令F’，被输出至倒立双轮式搬运车10(第2致动器11)。

如上所述，倒立双轮式搬运车10驶上或驶下从而通过行进路径中存在的台阶等时，垂直加速度传感器13检测垂直方向的加速度，信号转换器52转换推力指令F，向倒立双轮式搬运车10(第2致动器)输出推力转换指令F’。

如此，如图25所示的控制部25向第1致动器3a、3b与第2致动器11发出适宜的扭矩指令T与推力指令F’，使机身4的姿势保持平衡。另外，控制部通过垂直加速度传感器13检测垂直方向的加速度，对行进路径中存在的台阶等的垂直方向的位移进行跨过台阶的控制。结果，在采用垂直加速度传感器13及如图25所示的控制部的倒立双轮式搬运车10中，跨过台阶的动作模拟实验的结果与图23的结果相同。

即，如图23所示，倒立双轮式搬运车10在时间点t2到达如图15所示的台阶，垂直加速度传感器13检测到垂直方向的加速度时，脉冲生成部51向信号转换部52输出如图24所示的脉冲信号w。图24的脉冲信号w的脉宽设为例如0.5秒。

输入至信号转换部52的脉冲信号w使切换开关53切换至端子a侧，从驱动控制部43输入的推力指令F被与控制系统切断。作用于移动机构部7的第2致动器11的推力F变为信号发生部54发生的一定值F0。图23的实例中，将信号发生部54发生的一定值F0设为零输出，作用于移动机构部7的第2致动器11的推力F如图23(e)所示，变为零。

另外，倒立双轮式搬运车10在时间点t2到达如图15所示的台阶时，如图23(c)所示，作为相对位移量δ，即使第2致动器11的推力F为零，机身4仍在惯性作用下，向前进方向位移大约10cm。如此，机身4向前进方向大幅度位移，因此，机身4将变为向前进方向前倾的姿势。

另一方面，由于在时间点t2跨过台阶时，车轮1a、1b的转动扭矩T构成控制系统，因此可进行机身4的姿势控制，如图23(d)所示，使转动扭矩T向跨过台阶的方向增大，从而避免机身4变为前倾姿势。在上述转动扭矩T的反作用作用下，机身4如图23(b)所示，向与前进方向相反的方向倾斜，但倾斜角φ控制至-5°。结果，在图23的情形下，虽然倒立双轮式搬运车10在台阶处暂时停止，但若与图22相比，可顺畅地跨过台阶。

如上所述，在本实例中，通过构成垂直加速度检测部的垂直加速度传感器13检测垂直方向的加速度，检测倒立双轮式搬运车10到达台阶的时间点，脉冲信号w被输出至信号转换部52。脉冲信号w使信号转换部52的切换开关53连接至端子a侧，输出一定值F0(这时F0＝0)。在上述时间点，将第2致动器的推力F设为零，移动机构部7在惯性作用下，使机身4向前进方向位移，增大车轮1a、1b的转动扭矩T，跨过台阶。因此，移动速度v的动能有效地用于跨过台阶，跨过台阶所需的车轮1a、1a的转动扭矩T与图22(d)相比，为较小的扭矩即足够。

并且，上述说明中，进行了有关驶上台阶时的模拟实验，本实施方式的倒立双轮式搬运车10通过垂直加速度传感器13及移动机构部7的作用，不仅驶上台阶时，而且驶下台阶时，均能够一边使货台保持水平，一边移动通过台阶。

例如，倒立双轮式搬运车10驶上台阶时，脉冲生成部51仅向信号转换部52输出脉冲信号w，信号发生部54发生的一定值F0(F0＞0)作为推力转换指令F’，被输入至倒立双轮式搬运车10的移动机构部7。结果，驶上台阶时，可使机身4相对于托架5，向前进方向位移，一边使搭乘座席8保持水平，一边移动通过台阶。

另一方面，倒立双轮式搬运车10驶下台阶时，脉冲生成部51向信号转换部52输出脉冲信号w与极性信号q，信号发生部55发生的一定值(-F0)(F0＞0)作为推力转换指令F’，被输入至倒立双轮式搬运车10的移动机构部7。结果，驶下台阶时，可使机身4相对于托架5，向与前进方向相反的方向位移，一边使搭乘座席8保持水平，一边移动通过台阶。

并且，图26的信号转换部52a的一个实例中，信号发生部54及信号发生部55各自产生的信号虽然极性不同，但大小设为相同，由信号发生部54及信号发生部55产生的信号的大小也可不同。

另外，在图25的脉冲生成部51a的一个实例中，根据所输入的加速度信号z¨输出脉冲信号w及极性信号q这两个信号，倒立双轮式搬运车10上下台阶时，强制性地使搭载有货物或人的整个机身4的重心位置相对于前进方向，向前方或后方移动。

然而，若仅将倒立双轮式搬运车10驶上台阶作为重要课题，通过图25的脉冲生成部51a仅在倒立双轮式搬运车10驶上台阶时，根据加速度信号z¨输出脉冲信号w，将信号发生部54发生的一定值F0作为推力转换指令F’输入至移动机构部7，可强制性地使机身4相对于托架5，向前进方向上的前方移动。这时，图25的脉冲生成部51a不必生成极性信号q，图25的信号转换部52a不需要信号发生部55及切换开关53的端子c，因此，可简化脉冲生成部51a及信号转换部52a的结构。

通过以上说明可以看出，在本实例中，通过设置检测托架5的垂直方向的加速度的垂直加速度传感器13，对行进路径中存在的台阶等的垂直方向的位移进行跨过台阶的控制。结果，对于现有的倒立双轮式搬运车较为困难的台阶跨过动作，本例的倒立双轮式搬运车10可使搭载有货物或人的整个机身4的重心位置向前进方向上的前方或后方移动，因此，具有能够以稳定的姿势，更为顺畅地跨过台阶行进的效果。

并且，图21及图23中，检测垂直方向的加速度的垂直加速度传感器13检测垂直方向的加速度，脉冲生成部51向信号转换部52输出脉冲信号w时，设定为大小为零的一定值作为推力转换指令F’，仅输出0.5秒。然而，当然也可设定为输出大小不为零的一定值的脉冲状(pulsed)推力，也可设定为使脉宽发生变化，使第2致动器产生一定值的脉冲状推力。此外，也可使作用于第2致动器11的脉冲状推力的大小及脉宽根据倒立双轮式搬运车10即将到达台阶时的移动速度v的大小与跨过台阶时机身4受到的垂直方向的加速度信号z¨的大小发生变化。

另外，上述说明中，在处理转动角偏差θe的框线图中，为了加以简化，将偏差补偿部45中所含的积分部仅设为1个，但也可与处理倾斜角偏差φe的框线图相同，通过串联两个积分部(connecting two integrators in series)，进行双重积分(double integration)处理。这时，当然可使整个机身4的重心位置自动地移动，使搭载货物或人的货台一边保持水平，一边上坡或下坡。

另外，上述说明中，作为检测机身4的倾斜姿势的倾斜传感器采用了陀螺传感器，但不并局限于上述传感器，可采用能够用于测量倾斜角与倾斜角速度的各种传感器，比如，加速度传感器、使接触片滑过地面的倾斜角度传感器、重锤悬吊型倾斜角度传感器等。另外，传感器的安装位置也不局限于机身4，也可安装于托架5。

另外，对偏差补偿部45等由模拟过滤器(analog filter)构成进行了说明，但偏差补偿部45等也可由数字式过滤器(digital analog)构成。并且，构成各实施方式的控制系统的各个部分也可通过基于微型计算机的软件予以实现。

若根据上述各实施方式对本发明进行归纳，则如下所示。即，本发明所涉及的一种倒立双轮式搬运车，包括，具有可搭载货物或人的货台的机身；由以间隔一定距离被设置于同一轴上的两个车轮予以支撑的托架；被设置于所述机身与所述托架之间，使所述机身与所述托架的相对位置相对于所述托架的前进方向位移的移动机构部；检测所述机身相对于铅垂方向的姿势的倾斜检测部；检测所述托架的行进状态的行进检测部；产生分别作用于所述两个车轮的转动力的第1致动器；产生介于所述移动机构部作用于所述机身的推力的第2致动器；向所述第1致动器与所述第2致动器输出扭矩指令与推力指令的驱动控制部；生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目标指令值的目标指令部；输入有所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，根据所述目标指令值与所述检测信号的偏差，生成偏差补偿信号的偏差补偿部；至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，生成用于控制所述机身的姿势的稳定化信号的稳定化补偿部，其中，所述偏差补偿部通过对基于所述倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分的处理，来生成所述偏差补偿信号，所述驱动控制部根据所述偏差补偿信号与所述稳定化信号，生成所述扭矩指令与所述推力指令。

在本倒立双轮式搬运车中，对基于倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分处理，生成偏差补偿信号，并根据该偏差补偿信号与控制机身的姿势的稳定化信号生成针对第1致动器的扭矩指令和第2致动器推力指令，因此，无论什么重量的货物与人搭载于货台上、不管货台的重心与机身的重心的位置出现什么程度的偏位，只要在移动机构部可移动的范围内，即可将搭载有货物或人的整个机身的重心位置自动地移至车轴的位置，保持货台的水平平衡。从而，即使上下坡道时，也可一边使搭载有货物或人的货台始终保持水平，一边移动，因此不会给搭乘者带来不安感，并可防止所搭载的货物发生左右滑动或倒塌。另外，通过设置移动机构部，即使行进路径中存在台阶，仍可将搭载有货物或人的整个机身的重心位置移向前进方向上的前方，因此能够以稳定的姿势跨过台阶行进。并且，还具有不必为了保持货台的平衡而设置特别的重锤与配重，机身重量与机身的大小不会增大的效果。

较为理想的是，所述偏差补偿部包括：对基于所述倾斜检测部的检测信号的信号进行积分的第1积分部；对所述第1积分部的输出进行进一步积分的第2积分部；将所述第1积分部的输出乘于第1系数的第1乘法运算部；将所述第2积分部的输出乘于第2系数的第2乘法运算部；将所述第1乘法运算部的输出与所述第2乘法运算部的输出相加的加法运算部，其中，所述偏差补偿部，将所述加法运算部的加法运算结果包含在所述偏差补偿信号中并予以输出。

这时，通过对基于倾斜检测部的检测信号的信号进行积分，并对其输出结果进行进一步积分，可对基于倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分，将上述双重积分后的信号乘于第2系数的信号、和对基于倾斜检测部的检测信号的信号进行积分后的信号乘于第1系数后的信号相加，因此可将对基于倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分后的信号包含在偏差补偿信号中并予以输出。因此，上坡及下坡时，机身不会变为前倾姿势，移动机构部也可保持水平，因此不必为了抵消作用于机身上的重力而始终使第2致动器产生推力并保持偏位，可一边使搭载货物或人的货台始终保持水平，一边移动。结果，不会给人带来不安感，可防止货物发生左右滑动或倒塌，减少用于驱动的电力消耗。

较为理想的是，所述倒立双轮式搬运车还具备检测所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度检测部，所述驱动控制部根据所述倾斜检测部的检测信号与所述行进检测部的检测信号，控制所述第1致动器的转动扭矩与所述第2致动器的推力，并根据通过所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小，调整所述第2致动器的推力。

这时，通过还具备检测托架的垂直方向的加速度的垂直加速度检测部，可对行进路径中存在的台阶等垂直方向的位移进行控制，因此，能够以稳定的姿势，更为顺畅地跨过台阶行进。

较为理想的是，所述稳定化补偿部包括至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号、所述扭矩指令、所述推力指令，推定用所述倾斜检测部及所述行进检测部无法进行检测的状态变量的状态观测部。

这时，可根据倾斜检测部及行进检测部的各检测信号、扭矩指令、推力指令，推定用倾斜检测部及行进检测部无法检测的状态变量，因此不必为了检测用倾斜检测部及行进检测部无法检测的状态变量而特意设置传感器，可降低装置的成本。

较为理想的是，所述倾斜检测部检测所述机身相对于铅垂方向的倾斜角及倾斜角速度中的至少其中之一。另外，较为理想的是，所述行进检测部检测所述两个车轮的转动角、转动角速度及转动角加速度中的至少其中之一。

这时，可根据检测到的状态变量推定未检测的其他状态变量，因此，不必为了检测未检测的状态变量而特意设置传感器，可降低装置的成本。

本发明所涉及的另一种倒立双轮式搬运车，包括，具有可搭载货物或人的货台的机身；由以间隔一定距离被设置于同一轴上的两个车轮予以支撑的托架；被设置于所述机身与所述托架之间，使所述机身与所述托架的相对位置相对于所述托架的前进方向位移的移动机构部；检测所述机身相对于铅垂方向的姿势的倾斜检测部；检测所述托架的行进状态的行进检测部；检测所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度检测部；产生分别作用于所述两个车轮的转动力的第1致动器；产生介于所述移动机构部作用于所述机身的推力的第2致动器；向所述第1致动器与所述第2致动器输出扭矩指令与推力指令的驱动控制部，其中，所述控制部根据所述倾斜检测部的检测信号与所述行进检测部的检测信号，控制所述第1致动器的转动扭矩与所述第2致动器的推力，并根据通过所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小，调整所述第2致动器的推力。

在本倒立双轮式搬运车中，根据倾斜检测部的检测信号与行进检测部的检测信号，控制第1致动器的转动扭矩与第2致动器的推力，同时根据通过垂直加速度检测部检测到的加速度的大小，调整第2致动器的推力，因此可通过还具备检测托架的垂直方向的加速度的垂直加速度检测部，对行进路径中存在的台阶等的垂直方向的位移进行控制，能够以稳定的姿势，更为顺畅地跨过台阶行进。

较为理想的是，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标指令值的目标指令部；输入有所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，根据所述目标指令值与所述检测信号的偏差，生成偏差补偿信号的偏差补偿部；至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，生成用于控制所述机身的姿势的稳定化信号的稳定化补偿部；根据所述倾斜检测部的输出与所述行进检测部的输出，输出所述扭矩指令与所述推力指令的驱动控制部。

这时，生成托架的位置及速度中的至少其中之一的目标指令值，根据该目标指令值与倾斜检测部及行进检测部的检测信号的偏差生成偏差补偿信号，至少根据倾斜检测部及行进检测部的各检测信号，生成控制机身的姿势的稳定化信号，根据倾斜检测部的输出结果与行进检测部的输出结果，输出扭矩指令与推力指令，因此可更为稳定地对行进路径中存在的台阶等的垂直方向的位移进行控制，能够以更稳定的姿势，更为顺畅地跨过台阶行进。

较为理想的是，所述控制部，根据通过所述垂直加速度检测部检测到的加速度，在驶上台阶时使所述机身相对于所述托架向前进方向位移，在驶下台阶时使所述机身相对于所述托架向与前进方向相反的方向位移。

这时，根据检测到的加速度，在驶上台阶时使机身相对于托架向前进方向位移，在驶下台阶时使机身相对于托架向与前进方向相反的方向位移，因此能够以更稳定的姿势，更为顺畅地跨过台阶行进。

较为理想的是，所述偏差补偿部，通过对基于所述倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分的处理，来生成所述偏差补偿信号。

这时，通过对基于倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分处理，来生成偏差补偿信号，并根据该偏差补偿信号与控制机身的姿势的稳定化信号生成针对第1致动器的扭矩指令和第2致动器推力指令，因此，无论什么重量的货物与人搭载于货台上、不管货台的重心与机身的重心的位置出现什么程度的偏位，只要在移动机构部可移动的范围内，即可将搭载货物或人的整个机身的重心位置自动地移至车轴的位置，保持货台的水平平衡。

较为理想的是，所述稳定化补偿部包括，至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号、所述扭矩指令、所述推力指令，推定用所述倾斜检测部及所述行进检测部无法进行检测的状态变量的状态观测部。

这时，可根据倾斜检测部及行进检测部的各检测信号、扭矩指令、推力指令，推定用倾斜检测部及行进检测部无法检测的状态变量，因此不必为了检测用倾斜检测部及行进检测部无法检测的状态变量而特意设置传感器，可降低装置的成本。

较为理想的是，所述控制部根据由所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小，使所述第2致动器产生脉冲状推力。

这时，通过根据检测到的加速度的大小，使第2致动器产生脉冲状推力，可以对垂直方向的位移进行控制，以稳定的姿势跨过各种高度的台阶行进。

较为理想的是，所述控制部，在由所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小超过指定值时，使所述第2致动器产生脉冲状推力。

这时，通过在垂直方向的加速度的大小超过指定值时，使第2致动器产生脉冲状推力，可以对垂直方向的位移进行控制，以稳定的姿势跨过指定高度以上的台阶行进。

较为理想的是，所述脉冲状推力的波高值(crest value)及时间幅度(duration)，根据产生脉冲前的所述托架的移动速度的大小而变化。

这时，脉冲状推力的波高值及时间幅度根据产生脉冲前的托架的移动速度的大小而变化，因此，即使托架的移动速度不同，仍可对适应托架的移动速度的垂直方向的位移进行控制，始终以稳定的姿势跨过台阶行进。

较为理想的是，所述脉冲状推力的大小为零。

这时，可通过惯性使机身向前进方向位移，增大车轮的转动扭矩，跨过台阶，因此，移动速度的动能可有效用于跨过台阶，充分减小跨过台阶所需的车轮的转动扭矩。

较为理想的是，所述倾斜检测部，检测所述机身相对于铅垂方向的倾斜角及倾斜角速度中的至少其中之一。

这时，可根据检测到的状态变量推定未检测的其他状态变量，因此，不必为了检测未检测的状态变量而特意设置传感器，可降低装置的成本。

本发明所涉及的一种倒立双轮式搬运车的控制方法，控制包括，具有可搭载货物或人的货台的机身；由以间隔一定距离被设置于同一轴上的两个车轮予以支撑的托架；被设置于所述机身与所述托架之间，使所述机身与所述托架的相对位置相对于所述托架的前进方向位移的移动机构部；检测所述机身相对于铅垂方向的姿势的倾斜检测部；检测所述托架的行进状态的行进检测部；产生分别作用于所述两个车轮的转动力的第1致动器；产生介于所述移动机构部作用于所述机身的推力的第2致动器；向所述第1致动器与所述第2致动器输出扭矩指令与推力指令的驱动控制部；生成目标指令值的目标指令部；生成偏差补偿信号的偏差补偿部；生成稳定化信号的稳定化补偿部的倒立双轮式搬运车，该控制方法包括以下步骤：让所述目标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标指令值的步骤；让所述偏差补偿部，输入有所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，根据所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号之间的偏差，通过对基于所述倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分的处理，来生成所述偏差补偿信号的步骤；让所述稳定化补偿部，至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，生成用于控制所述机身的姿势的稳定化信号的步骤；让所述驱动控制部，根据所述偏差补偿信号与所述稳定化信号，生成所述扭矩指令与所述推力指令的步骤。

本发明所涉及的另一种倒立双轮式搬运车的控制方法，控制包括，具有可搭载货物或人的货台的机身；由以间隔一定距离被设置于同一轴上的两个车轮予以支撑的托架；被设置于所述机身与所述托架之间，使所述机身与所述托架的相对位置相对于所述托架的前进方向位移的移动机构部；检测所述机身相对于铅垂方向的姿势的倾斜检测部；检测所述托架的行进状态的行进检测部；检测所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度检测部；产生分别作用于所述两个车轮的转动力的第1致动器；产生介于所述移动机构部作用于所述机身的推力的第2致动器；向所述第1致动器与所述第2致动器输出扭矩指令与推力指令的驱动控制部的倒立双轮式搬运车，该控制方法包括以下步骤：让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标指令值的步骤；让所述控制部输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，根据所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号之间的偏差，生成偏差补偿信号的步骤；让所述控制部至少根据所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，生成用于控制所述机身的姿势的稳定化信号的步骤；让所述控制部，基于所述偏差补偿信号与所述稳定化信号生成所述扭矩指令与所述推力指令，并根据通过所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小，调整所述第2致动器的推力的步骤。

产业上的利用可能性

本发明所涉及的倒立双轮式搬运车及其控制方法可在上下坡道时使搭载货物或人的重物的货台始终保持水平，以稳定的姿势行进，并且，即使倒立双轮式搬运车的行进路径中存在台阶，仍能够以稳定的姿势跨过台阶行进，因此可用于作为进行货物或人的运载作业的搬运车辆的，具备用于使原本不稳定的机身保持平衡，以稳定地搬运货物或人的机构技术及控制技术的倒立双轮式搬运车等，另外，也可应用于除倒立双轮式搬运车之外的、采用基于控制的平衡动作的交通工具或机器人等。

Claims (18)

1.一种倒立双轮式搬运车，其特征在于包括：

具有可搭载货物或人的货台的机身；

由以间隔一定距离被设置于同一轴上的两个车轮予以支撑的托架；

被设置于所述机身与所述托架之间，使所述机身与所述托架的相对位置相对于所述托架的前进方向位移的移动机构部；

检测所述机身相对于铅垂方向的姿势的倾斜检测部；

检测所述托架的行进状态的行进检测部；

产生分别作用于所述两个车轮的转动力的第1致动器；

产生介于所述移动机构部作用于所述机身的推力的第2致动器；

向所述第1致动器与所述第2致动器输出扭矩指令与推力指令的驱动控制部；

生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目标指令值的目标指令部；

输入有所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，根据所述目标指令值与所述检测信号的偏差，生成偏差补偿信号的偏差补偿部；

至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，生成用于控制所述机身的姿势的稳定化信号的稳定化补偿部，其中，

所述偏差补偿部，通过对基于所述倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分的处理，来生成所述偏差补偿信号，

所述驱动控制部，根据所述偏差补偿信号与所述稳定化信号，生成所述扭矩指令与所述推力指令。

2.根据权利要求1所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于，所述偏差补偿部包括：

对基于所述倾斜检测部的检测信号的信号进行积分的第1积分部；

对所述第1积分部的输出进行进一步积分的第2积分部；

将所述第1积分部的输出乘于第1系数的第1乘法运算部；

将所述第2积分部的输出乘于第2系数的第2乘法运算部；

将所述第1乘法运算部的输出与所述第2乘法运算部的输出相加的加法运算部，其中，

所述偏差补偿部，将所述加法运算部的加法运算结果包含在所述偏差补偿信号中并予以输出。

3.根据权利要求1或2所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于还包括：

检测所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度检测部，其中，

所述驱动控制部，根据所述倾斜检测部的检测信号与所述行进检测部的检测信号，控制所述第1致动器的转动扭矩与所述第2致动器的推力，并根据通过所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小，调整所述第2致动器的推力。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于，所述稳定化补偿部包括：

至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号、所述扭矩指令、所述推力指令，推定用所述倾斜检测部及所述行进检测部无法进行检测的状态变量的状态观测部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于：

所述倾斜检测部，检测所述机身相对于铅垂方向的倾斜角及倾斜角速度中的至少其中之一。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于：

所述行进检测部，检测所述两个车轮的转动角、转动角速度及转动角加速度中的至少其中之一。

7.一种倒立双轮式搬运车，其特征在于包括：

具有可搭载货物或人的货台的机身；

由以间隔一定距离被设置于同一轴上的两个车轮予以支撑的托架；

被设置于所述机身与所述托架之间，使所述机身与所述托架的相对位置相对于所述托架的前进方向位移的移动机构部；

检测所述机身相对于铅垂方向的姿势的倾斜检测部；

检测所述托架的行进状态的行进检测部；

检测所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度检测部；

产生分别作用于所述两个车轮的转动力的第1致动器；

产生介于所述移动机构部作用于所述机身的推力的第2致动器；

向所述第1致动器与所述第2致动器输出扭矩指令与推力指令的驱动控制部，其中，

所述控制部，根据所述倾斜检测部的检测信号与所述行进检测部的检测信号，控制所述第1致动器的转动扭矩与所述第2致动器的推力，并根据通过所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小，调整所述第2致动器的推力。

8.根据权利要求7所述的倒立双轮式搬运车，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标指令值的目标指令部；

输入有所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，根据所述目标指令值与所述检测信号的偏差，生成偏差补偿信号的偏差补偿部；

至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，生成用于控制所述机身的姿势的稳定化信号的稳定化补偿部；

根据所述倾斜检测部的输出与所述行进检测部的输出，输出所述扭矩指令与所述推力指令的驱动控制部。

9.根据权利要求7或8所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于：

所述控制部，根据通过所述垂直加速度检测部检测到的加速度，在驶上台阶时使所述机身相对于所述托架向前进方向位移，在驶下台阶时使所述机身相对于所述托架向与前进方向相反的方向位移。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于：

所述偏差补偿部，通过对基于所述倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分的处理，来生成所述偏差补偿信号。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于，所述稳定化补偿部包括：

至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号、所述扭矩指令、所述推力指令，推定用所述倾斜检测部及所述行进检测部无法进行检测的状态变量的状态观测部。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于：

所述控制部，根据由所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小，使所述第2致动器产生脉冲状推力。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于：

所述控制部，在由所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小超过指定值时，使所述第2致动器产生脉冲状推力。

14.根据权利要求12或13所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于：

所述脉冲状推力的波高值及时间幅度，根据产生脉冲前的所述托架的移动速度的大小而变化。

15.根据权利要求12或13所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于：

所述脉冲状推力的大小为零。

16.根据权利要求7至15中任一项所述的倒立双轮式搬运车，其特征在于：

所述倾斜检测部，检测所述机身相对于铅垂方向的倾斜角及倾斜角速度中的至少其中之一。

17.一种倒立双轮式搬运车的控制方法，控制包括，具有可搭载货物或人的货台的机身；由以间隔一定距离被设置于同一轴上的两个车轮予以支撑的托架；被设置于所述机身与所述托架之间，使所述机身与所述托架的相对位置相对于所述托架的前进方向位移的移动机构部；检测所述机身相对于铅垂方向的姿势的倾斜检测部；检测所述托架的行进状态的行进检测部；产生分别作用于所述两个车轮的转动力的第1致动器；产生介于所述移动机构部作用于所述机身的推力的第2致动器；向所述第1致动器与所述第2致动器输出扭矩指令与推力指令的驱动控制部；生成目标指令值的目标指令部；生成偏差补偿信号的偏差补偿部；生成稳定化信号的稳定化补偿部的倒立双轮式搬运车，该控制方法的特征在于包括以下步骤：

让所述目标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标指令值的步骤；

让所述偏差补偿部，输入有所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，根据所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号之间的偏差，通过对基于所述倾斜检测部的检测信号的信号进行对于时间的至少双重积分的处理，来生成所述偏差补偿信号的步骤；

让所述稳定化补偿部，至少输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，生成用于控制所述机身的姿势的稳定化信号的步骤；

让所述驱动控制部，根据所述偏差补偿信号与所述稳定化信号，生成所述扭矩指令与所述推力指令的步骤。

18.一种倒立双轮式搬运车的控制方法，控制包括，具有可搭载货物或人的货台的机身；由以间隔一定距离被设置于同一轴上的两个车轮予以支撑的托架；被设置于所述机身与所述托架之间，使所述机身与所述托架的相对位置相对于所述托架的前进方向位移的移动机构部；检测所述机身相对于铅垂方向的姿势的倾斜检测部；检测所述托架的行进状态的行进检测部；检测所述托架的垂直方向的加速度的垂直加速度检测部；产生分别作用于所述两个车轮的转动力的第1致动器；产生介于所述移动机构部作用于所述机身的推力的第2致动器；向所述第1致动器与所述第2致动器输出扭矩指令与推力指令的驱动控制部的倒立双轮式搬运车，该控制方法的特征在于包括以下步骤：

让所述控制部，生成所述托架的位置及速度中的至少其中之一的目标指令值的步骤；

让所述控制部，输入有所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，根据所述目标指令值与所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号之间的偏差，生成偏差补偿信号的步骤；

让所述控制部，至少根据所述倾斜检测部及所述行进检测部的各检测信号，生成用于控制所述机身的姿势的稳定化信号的步骤；

让所述控制部，基于所述偏差补偿信号与所述稳定化信号生成所述扭矩指令与所述推力指令，并根据通过所述垂直加速度检测部检测到的加速度的大小，调整所述第2致动器的推力的步骤。

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