[发明专利]倒立型移动体的控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及倒立型移动体的控制装置(control portion，控制部)。具体涉及包括车轮驱动单元和杆状的负荷体、并在进行使杆状的负荷体倒立的平衡控制的状态下移动的倒立型移动体的控制装置。

背景技术

公知有包括同轴设置的左右一对车轮、并在维持倒立状态的情况下行驶的移动装置。例如，专利文献1(日本专利文献特开2006-123014号公报)公开了在维持倒立状态的情况下自动行驶的倒立二轮行驶机器人。另外，专利文献2(日本专利文献特开2006-315666号公报)公开了在人以站立姿态搭乘在踏板上的状态下保持平衡并行驶的同轴二轮车。

图10是示出专利文献1所公开的倒立二轮行驶机器人的控制器的构成的图。

在图10中，附图标记1001是摩擦估计器(friction observer)，1002是目标状态生成器(target state generator)，1003是状态反馈增益(state feedback gains)，1004是倒立机器人(inverted robot)。

角速度指令值(angular speed reference input)被输入给摩擦估计器1001，摩擦估计器1001计算并输出马达的摩擦、以及车轮与路面的摩擦，作为摩擦估计值(estimated friction)。

所述加速度指令值和所述摩擦估计值被输入给目标状态生成器1002输入，目标状态生成器1002计算并输出作为控制对象(plant)的倒立机器人1004的目标状态(target state)。

从所述目标状态减去倒立机器人1004的状态变量的信号被输入给状态反馈增益1003，状态反馈增益1003基于该输入信号来计算使倒立机器人1004进行期望的(desired)动作的状态反馈信号(state feedback signals)并输出该状态反馈信号。

倒立机器人1004通过所述摩擦估计值和所述状态反馈信号的相加值而被驱动。

这样，在现有技术(conventional method)的倒立二轮行驶机器人的控制中，基于将作为控制对象的倒立机器人1004在期望姿态的附近(in the vicinity of)线性化了的线性化模型来控制倒立机器人1004的动作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特开2006-123014号公报(图4)。

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，在现有的倒立控制中进行简单的线性反馈控制，但倒立机器人和同轴二轮车具有在同轴车轮上设置有长杆的构造，因此有作为负荷的杆部分不能以目标姿态保持稳定而容易晃动的特点。

对于这样的构成，如果如以往那样持续施加与相对于目标姿态的偏差相应的反馈，则会导致不能稳定地保持目标姿态而在目标附近发生摆动的问题。

以往，针对上述的在目标附近的摆动，调整了反馈增益以抑制振动，但仅通过简单地调整反馈增益，难以进行下述控制：一方面在大幅度偏离目标时迅速恢复到目标姿态以免跌倒，而另一方面在目标附近防止振动。

本发明的目的在于，提供一种能够进行不导致振动而稳定的倒立平衡控制、并且使倒立型移动体以期望的水平速度行驶的倒立型移动体的控制装置。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明如下构成。

即，本发明的倒立型移动体的控制装置在使移动体主体(inverted vehicle)倒立的状态下控制该移动体主体的行驶，所述移动体主体包括具有车轮的驱动单元、以及经由连杆在所述车轮上被倒立控制的负荷，所述倒立型移动体的控制装置的特征在于，将连结所述负荷的重心和所述车轮的重心(center of gravity)的直线与竖直线所形成的角定义为负荷角度，如果所述负荷角度接近负荷角度指令(load angular position reference input)，则所述控制装置进行控制以向所述移动体主体仅施加衰减(damping)，其中所述负荷角度指令是期望的所述负荷角度。

在本发明中，优选通过对所述负荷角度指令的绝对值乘以预定系数来计算作为所述负荷角度指令的附近的宽度的衰减范围。

在本发明中，优选将所述衰减定义为粘性摩擦(viscous friction)。