使用旋转装置推算陀螺仪的安装角误差的方法和对应的旋转装置

摘要

获取静止状态下的纵倾轴角速度传感器的偏差值和侧倾轴角速度传感器的偏差值，其中，在所述静止状态下，两轮倒立摆车辆本体(2)的基准横摆轴(Z)平行于竖直方向静止。获取旋转状态下的纵倾轴角速度传感器的偏差值和侧倾轴角速度传感器的偏差值，其中，在所述旋转状态下，两轮倒立摆车辆(1)在两轮倒立摆车辆本体(2)的基准横摆轴(Z)保持平行于竖直方向的状态下以预定旋转角速度旋转。基于传感器在静止状态下的偏差值、传感器在旋转状态下的偏差值以及预定旋转角速度，推算纵倾轴角速度传感器相对于两轮倒立摆车辆本体(2)的安装角误差和侧倾轴角速度传感器相对于两轮倒立摆车辆本体的安装角误差。

说明书

发明背景

技术领域

本发明涉及一种推算安装角误差的方法和一种旋转装置。

背景技术

作为这种类型的技术，日本专利申请公布No.2010-271918(JP 2010-271918A)说明了使用角速度传感器(陀螺仪传感器)和加速度 传感器对两轮倒立摆机器人进行姿态控制。因为角速度传感器的输出 值随着时间而劣化，所以在JP2010-271918A中，例如通过用特定夹 具支撑两轮倒立摆机器人然后两轮倒立摆机器人以设定转速从最靠后 的倾斜位置转动到最靠前的倾斜位置，来获得角速度传感器的校正值。

顺便提及，如果用于对两轮倒立摆车辆执行倒立摆控制的纵倾轴 角速度传感器相对于本体的基准轴的安装角有误差，则当两轮倒立摆 车辆旋转(围绕其横摆轴旋转)时，误差的旋转分量可以由纵倾轴角 速度传感器检测到，并且因此，倒立摆基准角会逐渐偏离。结果，当 在两轮倒立摆车辆停止旋转时两轮倒立摆车辆向前或向后倾斜的状态 下，两轮倒立摆车辆倒立。这使得乘员感觉不舒服。

另外，类似地，如果侧倾轴角速度传感器相对于本体的基准轴的 安装角有误差，则当两轮倒立摆车辆旋转时，两轮倒立摆车辆的向前 或向后倾斜摇摆改变。类似地，这使得乘员感觉不舒服。

针对这个问题，在现有技术中，采取措施将各个角速度传感器相 对于本体的基准轴的安装角误差尽可能设定为零。在这个措施中，例 如，因为需要确保各种精确度的高精确度的框架，所以在减小两轮倒 立摆车辆的本体的尺寸和重量方面存在问题，其中所述各种精确度例 如是在每个角速度传感器和用作水平基准轴的倾斜传感器之间的安装 精确度以及在包括角速度传感器和倾斜传感器的传感器块与两轮倒立 摆车辆的本体之间的安装精确度。

将进一步说明由于安装误差所产生的上述问题。例如，假设用于 对两轮倒立摆车辆执行倒立摆控制的纵倾轴角速度传感器相对于旋转 平面(即，横摆旋转平面)围绕侧倾轴的安装误差是β₀[弧度]，并且 车辆以角速度γ点旋转。在这种情况下，γ点×sin(β₀)[弧度/秒]是 纵倾轴角速度传感器的作为误差的输出。具体地，当纵倾轴角速度传 感器相对于旋转轴的安装误差β₀是0.5[度]时，则围绕纵倾轴的转动通 过一圈360[度]被认识是就好像车辆围绕纵倾轴转动了约3[度]的累积 量。

在旋转一周的过程中，这种纵倾角速度的误差在相对较低的频带 中发生，所以可以想到的是通过高通滤波器或通过使用死区(中性区) 来消除误差。然而，例如，当旋转方向不断地向左或向右改变时，高 通滤波器根本无法使用，所以在通过对纵倾角速度积分来获取纵倾角 的计算过程中误差会累积，并且纵倾角会无限制地偏离。

发明内容

本发明提供一种用于推算纵倾轴角速度传感器和侧倾轴角速度传 感器中的每一个相对于倒立摆移动单元本体的安装角误差的技术。

本发明的一方面提供一种在包括倒立摆移动单元本体、纵倾轴角 速度传感器和侧倾轴角速度传感器的倒立摆移动单元中推算纵倾轴角 速度传感器相对于倒立摆移动单元本体的安装角误差以及侧倾轴角速 度传感器相对于倒立摆移动单元本体的安装角误差的方法。所述方法 包括：通过获取静止状态下的纵倾轴角速度传感器的输出和侧倾轴角 速度传感器的输出，获取静止状态下的纵倾轴角速度传感器的偏差值 和侧倾轴角速度传感器的偏差值，其中，在所述静止状态下，倒立摆 移动单元本体的基准横摆轴沿着竖直方向静止；通过获取旋转状态下 的纵倾轴角速度传感器的输出和侧倾轴角速度传感器的输出，获取所 述旋转状态下的纵倾轴角速度传感器的偏差值和侧倾轴角速度传感器 的偏差值，其中，在所述旋转状态下，倒立摆移动单元在倒立摆移动 单元本体的基准横摆轴保持平行于竖直方向的状态下以预定旋转角速 度旋转；和基于所述传感器在所述静止状态下的偏差值、所述传感器 在所述旋转状态下的偏差值以及所述预定旋转角速度，推算纵倾轴角 速度传感器相对于倒立摆移动单元本体的安装角误差和侧倾轴角速度 传感器相对于倒立摆移动单元本体的安装角误差。在旋转状态下，倒 立摆移动单元本体可以在被水平地保持的同时就地旋转。倒立摆移动 单元可以在倒立状态下在枢轴上旋转。可以使用旋转装置使倒立摆移 动单元在枢轴上旋转，所述旋转装置包括：支撑基部，所述支撑基部 支撑倒立摆移动单元；多个支柱，所述多个支柱的高度是可调节的， 并且所述多个支柱连接到支撑基部；和旋转夹具，所述旋转夹具具有 连接到支撑基部的第一构件和连接到倒立摆移动单元本体的第二构 件，其中，第一构件联接到第二构件，使得第一构件能够平行于支撑 基部转动。

本发明的另一方面提供一种旋转装置。所述旋转装置包括：支撑 基部，所述支撑基部支撑倒立摆移动单元；多个支柱，所述多个支柱 的高度是可调节的，并且所述多个支柱连接到支撑基部；和旋转夹具， 所述旋转夹具具有连接到支撑基部的第一构件和连接到倒立摆移动单 元本体的第二构件，其中，第一构件联接到第二构件，使得第一构件 能够平行于支撑基部转动。上述旋转装置可以在上述方法中使用。

根据本发明的上述方面，能够推算纵倾轴角速度传感器相对于倒 立摆移动单元本体的安装角误差和侧倾轴角速度传感器相对于倒立摆 移动单元本体的安装角误差。

附图说明

下文中将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优势和技 术以及工业意义，在所述附图中相同的附图标记表示相同的元件，并 且其中：

图1是根据第一实施例的两轮倒立摆车辆的外观的透视图；

图2是根据第一实施例的两轮倒立摆车辆的功能框图；

图3是根据第一实施例的水平旋转装置的透视图；

图4是示出了两轮倒立摆车辆设定在根据第一实施例的水平旋转 装置上的状态的透视图；

图5是根据第一实施例的调节模式的控制流程；和

图6是根据第二实施例的调节模式的控制流程。

具体实施方式

在下文中，将参照图1至图5说明本发明的第一实施例。

图1中所示的两轮倒立摆车辆1(倒立摆移动单元)是用于沿着 期望的方向运输骑乘在两轮倒立摆车辆1上的人(乘员)的车辆。两 轮倒立摆车辆1响应于骑乘在两轮倒立摆车辆1上的乘员的操作而运 动。

两轮倒立摆车辆1由两轮倒立摆车辆本体2、右轮3、左轮4和把 柄本体5形成。右轮3和左轮4用作可转动地连接到两轮倒立摆车辆 本体2的一对车轮。把柄本体5用作操作输入单元。

两轮倒立摆车辆本体2由本体下部部分6、一对搁脚部7和控制 装置8形成。在本体下部部分6处安装有电池或类似物。一对搁脚部 7设置在本体下部部分6上。控制装置8设置在本体下部部分6上。 把柄本体5连接到两轮倒立摆车辆本体2的本体下部部分6。把柄本 体5安装在两轮倒立摆车辆本体2的本体下部部分6的主要行进方向 侧。在把柄本体5的上端部处设置有握把9。乘员抓住握把9。在右轮 3处设置有右轮马达3a。在左轮4处设置有左轮马达4a。

用作两轮倒立摆车辆本体2的基准横摆轴的基准横摆轴Z例如定 义为与搁脚部7的搁脚面7a垂直。类似地，用作两轮倒立摆车辆本体 2的基准纵倾轴的基准纵倾轴Y例如定义为与可转动地连接到两轮倒 立摆车辆本体2的本体下部部分6的一对右轮3和左轮4共用的转动 轴线。另外，用作两轮倒立摆车辆本体2的基准侧倾轴的基准侧倾轴 X例如定义为与基准横摆轴Z垂直且与基准纵倾轴Y垂直的轴线。

如图2中所示，控制装置8包括传感器单元10、命令值计算单元 11、驱动单元12、误差校正单元13和输入单元14。

传感器单元10由角速度传感器15和加速度传感器16形成。角速 度传感器15例如由陀螺仪传感器形成。即，角速度传感器15由横摆 轴角速度传感器、纵倾轴角速度传感器和侧倾轴角速度传感器形成。 横摆轴角速度传感器输出两轮倒立摆车辆本体2的横摆角速度值。纵 倾轴角速度传感器输出两轮倒立摆车辆本体2的纵倾角速度值。侧倾 轴角速度传感器输出两轮倒立摆车辆本体2的侧倾角速度值。另外， 加速度传感器16输出两轮倒立摆车辆本体2的三轴加速度值。

输入单元14由把柄单元17形成。把柄单元17输出从图1中所示 的把柄本体5的初始安装状态开始的倾角值。即，乘员通过使把柄单 元17沿着期望的方向倾斜来控制两轮倒立摆车辆1的运动。

命令值计算单元11由姿态角计算单元18和倒立摆控制计算单元 19形成。

姿态角计算单元18是这样的模块，即，所述模块通过使用卡尔曼 滤波器或类似物对从角速度传感器15输出的各个轴的角速度值和从 加速度传感器16输出的各个轴的加速度值执行传感器融合，来计算两 轮倒立摆车辆本体2的当前姿态角值。

倒立摆控制计算单元19是这样的模块，即，所述模块基于由姿态 角计算单元18计算出的两轮倒立摆车辆本体2的姿态角值计算并产生 保持两轮倒立摆车辆1倒立的状态所需的控制信息。另外，倒立摆控 制计算单元19基于由姿态角计算单元18计算出的两轮倒立摆车辆本 体2的姿态角值和从输入单元14的把柄单元17接收到的输入信息计 算并产生致使两轮倒立摆车辆1在保持两轮倒立摆车辆1的倒立状态 的同时执行期望的运动所需的控制信息。

驱动单元12由右轮驱动单元20和左轮驱动单元21形成。右轮驱 动单元20和左轮驱动单元21基于从命令值计算单元11的倒立摆控制 计算单元19接收到的控制信息分别驱动右轮马达3a和左轮马达4a。

误差校正单元13由角速度存储单元22、安装角误差计算单元23、 安装角误差存储单元24和角速度校正单元25形成。角速度存储单元 22存储从角速度传感器15输出的各个轴角速度值。安装角误差计算 单元23基于存储在角速度存储单元22中的各个轴角速度值计算两轮 倒立摆车辆本体2上的角速度传感器15的安装角误差值。安装角误差 存储单元24存储由安装角误差计算单元23计算出的安装角误差值。 角速度校正单元25基于存储在安装角误差存储单元24中的安装角误 差值校正从角速度传感器15输出的各个轴角速度，并且将校正过的轴 角速度输出到姿态角计算单元18。

上述控制装置8包括中央处理单元(CPU)、随机存取存储器 (RAM)和只读存储器(ROM)。存储在ROM中的控制程序通过 CPU加载并且在CPU上执行。这样，控制程序致使诸如CPU的硬件 起到命令值计算单元11、误差校正单元13等的功能。

图3示出了本实施例中的水平旋转装置30(旋转装置)，其用于 推算角速度传感器15相对于两轮倒立摆车辆本体2的安装角误差。水 平旋转装置30由支撑基部31、四个支柱32和旋转夹具33形成。四 个支柱32的高度是可调节的，并且这四个支柱32连接到支撑基部31。 通过调节四个支柱32中的每一个的高度，能够将支撑基部31调节到 基本水平的状态。旋转夹具33包括下夹具34(第一构件)和上夹具 35(第二构件)。下夹具34连接到支撑基部31。上夹具35连接到两 轮倒立摆车辆本体2。下夹具34联接到上夹具35，使得上夹具35可 相对于支撑基部31水平地转动。

图4示出了设置在水平旋转装置30上的两轮倒立摆车辆1。在图 4中所示的状态下，两轮倒立摆车辆1的右轮3和左轮4以适当的压 力与水平旋转装置30的支撑基部31接触。在这种状态下，当右轮3 和左轮4沿着相反的方向转动时，两轮倒立摆车辆1以预定的旋转角 速度枢转旋转(通过使两个轮以相同的速度沿着相反的方向转动而旋 转)。

接下来，将参照图5说明两轮倒立摆车辆1的控制装置8的控制 流程。两轮倒立摆车辆1的控制装置8除了具有用于运输乘员的正常 行驶模式以外还具有图5中所示的调节模式。调节模式是用于推算角 速度传感器15相对于两轮倒立摆车辆1的两轮倒立摆车辆本体2的安 装角误差的模式。

首先，将说明在调节模式的背景下的分解理论，随后将说明用于 实际使用该理论推算误差的图5的控制流程。

为了测量两轮倒立摆车辆的姿态，使用测量纵倾轴角和侧倾轴角 的倾斜传感器(其对应于加速度传感器16)和测量纵倾角速度、侧倾 角速度和横摆角速度的角速度传感器(其对应于角速度传感器15)。 倾斜传感器通常通过利用三轴加速度传感器执行以下计算，并且继而 获取纵倾轴角α_0acc和侧倾轴角β_0acc。纵倾轴角α_0acc是三轴加速度传感 器相对于本体围绕纵倾轴的安装角误差。侧倾轴角β_0acc是三轴加速度 传感器相对于本体围绕侧倾轴的安装角误差。然而，如果按照原样使 用小型三轴加速度传感器的话，则适于安装在两轮倒立摆车辆上的小 型三轴加速度传感器通常具有较大的噪音，并且对于倒立摆控制而言 是不适当的。这是因为如果使用低通滤波器来减小噪音，则倒立摆控 制会由于滤波器的相位延迟而变得不稳定。

相比之下，作为角速度传感器的陀螺仪(也可以称为陀螺仪传感 器)需要进行积分以便获取角度，所以在长时间执行的倒立摆控制中 出现漂移，并且基准角逐渐偏离。这是因为没有被严格地获取陀螺仪 传感器的零点，这个零点根据温度等而改变。

因而，对这两种类型的传感器执行传感器融合，并且每个传感器 的非专长部分被另一个传感器补充。这样，得到具有期望特征的传感 器单元。例如，卡尔曼滤波器等用于传感器融合。当使用卡尔曼滤波 器时，能够推算陀螺仪传感器的零点误差，即，陀螺仪传感器的偏差 值。推算出的偏差值自动地改变，使得通过陀螺仪传感器的积分所得 到的角度收敛于通过加速度传感器测量到的角度。

这里，将考虑三轴加速度传感器X(侧倾轴方向)的安装误差、 Y(纵倾轴方向)的安装误差和Z(横摆轴方向)的安装误差以及侧 倾角速度传感器、纵倾角速度传感器和横摆角速度传感器的安装误差。

加速度传感器的测量值的偏差是各个轴传感器的零点偏移X₀、Y₀和Z₀，并且加速度传感器相对于两轮倒立摆车辆的车辆本体基准轴 (例如，两轮倒立摆车辆1的两轮倒立摆车辆本体2的基准横摆轴Z) 的安装角偏差是α_0acc(其对应于围绕两轮倒立摆车辆1的两轮倒立摆 车辆本体2的基准侧倾轴X的偏差)、β_0acc(其对应于围绕两轮倒立摆 车辆1的两轮倒立摆车辆本体2的基准纵倾轴Y的偏差)和γ_0acc。这 样，总共有六个偏差。在这六个偏差中，执行倒立摆控制仅需要α_0acc和β_0acc。在倒立摆控制状态下，加速度传感器的Z轴输出是约1G， 并且零点的偏移Z₀可以忽略。沿着旋转方向的安装角偏差γ_0acc也不用 于倒立摆控制。X0和Y0可以通过α_0acc和β_0acc代表性地考虑。以下使 用两个角度的旋转矩阵(1)和(2)是加速度传感器基准坐标系(后 缀“s”)和车辆本体基准坐标系(后缀“b”)的变换矩阵。

【数学表达式1】

$\left(\begin{array}{c}{X}_S\\ Y_S\\ Z_S\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\beta }_{0\mathrm{acc}}& 0& -\sin {\beta }_{0\mathrm{acc}}\\ 0& 1& 0\\ \sin {\beta }_{0\mathrm{acc}}& 0& \cos {\beta }_{0\mathrm{acc}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos {\alpha }_{0\mathrm{acc}}& \sin {\alpha }_{0\mathrm{acc}}\\ 0& -\sin {\alpha }_{0\mathrm{acc}}& \cos {\alpha }_{0\mathrm{acc}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{X}_b\\ Y_b\\ Z_b\end{array}\right)...\left(1\right)$

【数学表达式2】

$\left(\begin{array}{c}{X}_b\\ Y_b\\ Z_b\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos {\alpha }_{0\mathrm{acc}}& -{\sin \alpha }_{0\mathrm{acc}}\\ 0& \sin {\alpha }_{0\mathrm{acc}}& \cos {\alpha }_{0\mathrm{acc}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos {\beta }_{0\mathrm{acc}}& 0& \sin {\beta }_{0\mathrm{acc}}\\ 0& 1& 0\\ -{\sin \beta }_{0\mathrm{acc}}& 0& \cos {\beta }_{0\mathrm{acc}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{X}_S\\ Y_S\\ Z_S\end{array}\right)...\left(2\right)$

当考虑到以上数学表达式(2)中的β_0acc和α_0acc二者均是接近为 零的较小值的事实时，可以将以上数学表达式(2)修改为以下数学表 达式(3)。

【数学表达式3】

$\left(\begin{array}{c}{X}_b\\ Y_b\\ Z_b\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& \sin {\beta }_{0\mathrm{acc}}\\ 0& 1& -{\sin \alpha }_{0\mathrm{acc}}\\ -{\sin \beta }_{0\mathrm{acc}}& \sin {\alpha }_{0\mathrm{acc}}& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{X}_S\\ Y_S\\ Z_S\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{X}_S+Z_S·\sin {\beta }_{0\mathrm{acc}}\\ Y_S-Z_S·\sin {\alpha }_{0\mathrm{acc}}\\ Z_S-X_S·\sin {\beta }_{0\mathrm{acc}}+Y_S·\sin {\alpha }_{0\mathrm{acc}}\end{array}\right)...\left(3\right)$

类似地，总共有陀螺仪传感器的六个安装偏差(α指示侧倾轴，β 指示纵倾轴，并且γ指示横摆轴)，即，侧倾轴陀螺仪的安装纵倾角偏 差α_0β和安装横摆角偏差α_0γ、纵倾轴陀螺仪的安装侧倾角偏差β_0α和 安装横摆角偏差β_0γ以及横摆轴陀螺仪的安装侧倾角偏差γ_0a和安装纵 倾角偏差γ_0β。然而，两轮倒立摆车辆不会围绕纵倾轴连续转动，所以 如果α_0γ或γ_0α中存在误差也是没有问题的，因此，假设这个误差为零 是没有问题的。类似地，两轮倒立摆车辆不会围绕侧倾轴连续转动， 所以把β_0γ和γ_0β也假定为零是没有问题的。因而，将考虑的角偏差仅 为α_0β和β_0α。使用α_0β和β_0α将陀螺仪传感器基准坐标系(后缀“s”) 旋转为车辆本体基准坐标系(后缀“b”)的变换矩阵是以下数学表达 式(4)和(5)。在以下数学表达式(4)等中，α_s点是侧倾轴角速度 传感器的输出值。β_s点是纵倾轴角速度传感器的输出值。γ_s点是横摆 轴角速度传感器的输出值。α_b点是两轮倒立摆车辆的侧倾角速度，β_b点是两轮倒立摆车辆的纵倾角速度。γ_b点是两轮倒立摆车辆的横摆角 速度。

【数学表达式4】

$\left(\begin{array}{c}{\stackrel{·}{\alpha }}_S\\ {\stackrel{·}{\beta }}_S\\ {\stackrel{·}{\gamma }}_S\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\cos {\beta }_{0\alpha }& 0& -\sin {\beta }_{0\alpha }\\ 0& 1& 0\\ \sin {\beta }_{0\alpha }& 0& \cos {\beta }_{0\alpha }\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos {\alpha }_{0\beta }& \sin {\alpha }_{0\beta }\\ 0& -\sin {\alpha }_{0\beta }& \cos {\alpha }_{0\beta }\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\stackrel{·}{\alpha }}_b\\ {\stackrel{·}{\beta }}_b\\ {\stackrel{·}{\gamma }}_b\end{array}\right)...\left(4\right)$

【数学表达式5】

$\left(\begin{array}{c}{\stackrel{·}{\alpha }}_b\\ {\stackrel{·}{\beta }}_b\\ {\stackrel{·}{\gamma }}_b\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos {\alpha }_{0\beta }& -{\sin \alpha }_{0\beta }\\ 0& \sin {\alpha }_{0\beta }& \cos {\alpha }_{0\beta }\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\cos {\beta }_{0\alpha }& 0& \sin {\beta }_{0\alpha }\\ 0& 1& 0\\ -{\sin \beta }_{0\alpha }& 0& \cos {\beta }_{0\alpha }\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\stackrel{·}{\alpha }}_S\\ {\stackrel{·}{\beta }}_S\\ {\stackrel{·}{\gamma }}_S\end{array}\right)...\left(5\right)$

当考虑到以上数学表达式(5)中的α_0β和β_0α二者均是接近为零 的较小值的事实时，可以把以上数学表达式(5)修改为以下数学表达 式(6)。

【数学表达式6】

$\left(\begin{array}{c}{\stackrel{·}{\alpha }}_b\\ {\stackrel{·}{\beta }}_b\\ {\stackrel{·}{\gamma }}_b\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& \sin {\beta }_{0\alpha }\\ 0& 1& -{\sin \alpha }_{0\beta }\\ -{\sin \beta }_{0\alpha }& \sin {\alpha }_{0\beta }& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\stackrel{·}{\alpha }}_S\\ {\stackrel{·}{\beta }}_S\\ {\stackrel{·}{\gamma }}_S\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\stackrel{·}{\alpha }}_S+{\stackrel{·}{\gamma }}_S·\sin {\beta }_{0\alpha }\\ {\stackrel{·}{\beta }}_S-{\stackrel{·}{\gamma }}_S·\sin {\alpha }_{0\beta }\\ {\stackrel{·}{\gamma }}_S-{\alpha }_S·\sin {\beta }_{0\alpha }+{\stackrel{·}{\beta }}_S·\sin {\alpha }_{0\beta }\end{array}\right)...\left(6\right)$

从以上得知，校正安装误差所需的参数是：加速度传感器和本体 基准轴之间的围绕侧倾轴的安装角偏差α_0acc和围绕纵倾轴的安装角偏 差β_0acc；侧倾轴陀螺仪的测量轴和本体基准侧倾轴之间的围绕纵倾轴 的安装角偏差α_0β；以及，纵倾轴陀螺仪的测量轴和本体基准纵倾轴之 间的围绕侧倾轴的安装角偏差β_0α。当能够准确地测量这四个偏差时， 即使当传感器有安装偏差时，也能够通过简单地计算反向转动来准确 地获取本体基准坐标系中的倾斜角和转动角速度。这意味着，在以上 数学表达式(6)中，当在安装偏差保持原样的状态下围绕横摆轴进行 旋转时，侧倾轴陀螺仪的侧倾角速度α_s点和纵倾轴陀螺仪的纵倾角速 度β_s点变化，并且结果，作为侧倾角速度α_s点和纵倾角速度β_s点的 积分值的侧倾角α和纵倾角β被改变。

以上说明了在调节模式的背景下的分解理论。

以下，将依次说明图5的控制流程。

首先，如图4中所示，两轮倒立摆车辆1被设定在水平旋转装置 30上，并且被设定在静止状态下，其中，在所述静止状态下，两轮倒 立摆车辆本体2的基准横摆轴平行于竖直方向。随后，控制装置8的 控制模式从停止模式改变为调节模式(S300)。然后，控制装置8获取 在上述静止状态下的加速度传感器16的输出值X₀和Y₀(S310)。此 时，通过在充分长的时间段内平均化输出值X₀和Y₀，获取没有噪音 的准确输出值X₀和Y₀。类似地，控制装置8获取在上述静止状态下 的角速度传感器15的输出值α₀点(侧倾轴角速度传感器的输出值)、 β₀点(纵倾轴角速度传感器的输出值)和γ₀点(S310)。这些输出值 被存储在误差校正单元13的角速度存储单元22中。此时，通过在充 分长的时间段内平均化输出值α₀点、β₀点和γ₀点，获取没有噪音的准 确输出值α₀点、β₀点和γ₀点。控制装置8将所获取的输出值α₀点、β₀点和γ₀点存储在误差校正单元13的角速度存储单元22中。应注意的 是，在上述静止状态下，输出值α₀点、β₀点和γ₀点应当本质上为零； 然而，由于角速度传感器的漂移，这些值实际上不为零。在这个意义 上，输出值β₀点是在静止状态下的角速度传感器15的纵倾轴角速度 传感器的偏差值。类似地，输出值α₀点是在静止状态下的角速度传感 器15的侧倾轴角速度传感器的偏差值。后缀“0”表示静止状态。

随后，两轮倒立摆车辆1沿着逆时针方向在水平旋转装置30上在 枢轴上旋转(S320)。更具体地，通过在两轮倒立摆车辆1的两轮倒立 摆车辆本体2的基准横摆轴平行于竖直方向的状态下以预定旋转角速 度γ₁点就地旋转两轮倒立摆车辆1(S320)，两轮倒立摆车辆1被置于 旋转状态。随后，控制装置8获取在两轮倒立摆车辆1的旋转状态下 的纵倾轴角速度传感器的输出和侧倾轴角速度传感器的输出(S330)。 在两轮倒立摆车辆1的旋转状态下，纵倾轴角速度传感器的输出值由 β₁点表示，并且类似地，侧倾轴角速度传感器的输出值由α₁点表示。 后缀“1”表示旋转状态。期望的是，通过在充分长的时间段内平均化 α₁点和β₁点，获取没有噪音的准确的α₁点和β₁点。α₁点和β₁点与α₀点和β₀点略有不同，这是因为α₁点和β₁点含有围绕横摆轴的旋转成 分。β₁点对应于旋转状态下的纵倾轴角速度传感器的偏差值，并且类 似地，α₁点对应于旋转状态下的侧倾轴角速度传感器的偏差值(S330)。

然后，基于传感器在静止状态下的偏差值α₀点和β₀点、传感器在 旋转状态下的偏差值α₁点和β₁点以及预定旋转角速度γ₁点，安装角 误差计算单元23推算纵倾轴角速度传感器相对于两轮倒立摆车辆本 体2的安装角误差和侧倾轴角速度传感器相对于两轮倒立摆车辆本体 2的安装角误差(S340)。在以上推算中，使用从上述数学表达式(6) 导出的以下数学表达式(7)和(8)。

【数学表达式7】

${\stackrel{·}{\alpha }}_1-{\stackrel{·}{\alpha }}_0={\stackrel{·}{\gamma }}_1·\sin {\beta }_{0\alpha }\Rightarrow {\beta }_{0\alpha }={\sin }^{-1}\left(\frac{{\stackrel{·}{\alpha }}_1-{\stackrel{·}{\alpha }}_0}{{\stackrel{·}{\gamma }}_1}\right)...\left(7\right)$

【数学表达式8】

${\stackrel{·}{\beta }}_1-{\stackrel{·}{\beta }}_0={-\stackrel{·}{\gamma }}_1·\sin {\alpha }_{0\beta }\Rightarrow {\alpha }_{0\beta }={\sin }^{-1}\left(\frac{{\stackrel{·}{\beta }}_1-{\stackrel{·}{\beta }}_0}{{\stackrel{·}{\gamma }}_1}\right)...\left(8\right)$

另外，以下数学表达式(9)和(10)用于加速度传感器16相对 于两轮倒立摆车辆本体2的安装角误差(S340)。其中，以下数学表达 式(9)和(10)中的变量g是重力加速度，

【数学表达式9】

$X_0=g·\sin {\beta }_{0\alpha }\Rightarrow {\beta }_{0\alpha }={\sin }^{-1}\left(\frac{X_0}{g}\right)...\left(9\right)$

【数学表达式10】

$Y_0=-g·\sin {\alpha }_{0\mathrm{acc}}\Rightarrow {\alpha }_{0\mathrm{acc}}={\sin }^{-1}(-\frac{Y_0}{g})...\left(10\right)$

随后，控制装置8使两轮倒立摆车辆1的枢转旋转停止(S350)， 然后使两轮倒立摆车辆1在水平旋转装置30上在枢轴上沿着顺时针方 向旋转(S360)。

S370至S390的控制流程与S330至S350的控制流程相同，所以 将不再对其进行说明。

最后，安装角误差存储单元24获取在S340中计算出的值和在 S380中计算出的值之间的平均值(S400)，并且例如将平均值存储在 图2中所示的包括安装角误差存储单元24的控制装置8的RAM中 (S410)。此后，控制装置8完成调节模式(S420)，并且将控制从调 节模式返回到正常行驶模式。

在返回到正常行驶模式之后，图2中所示的误差校正单元13的角 速度校正单元25从安装角误差存储单元24获取值，并且根据需要校 正角速度传感器15的输出值，然后将值输出到姿态角计算单元18。 这样，即使当角速度传感器15相对于两轮倒立摆车辆本体2的安装角 存在误差时，也能够借助低成本的计算明显地去除误差。

类似地，由于在上述数学表达式(9)至(10)中所获取的值，能 够借助低成本的计算明显地去除加速度传感器16相对于两轮倒立摆 车辆本体2的安装角的误差。

以上说明了本发明的第一实施例，并且以下是第一实施例的优点。

即，一种在包括两轮倒立摆车辆本体2和安装在两轮倒立摆车辆 本体2上的角速度传感器15(纵倾轴角速度传感器和侧倾轴角速度传 感器)的两轮倒立摆车辆1中推算纵倾轴角速度传感器相对于两轮倒 立摆车辆本体2的安装角误差和侧倾轴角速度传感器相对于两轮倒立 摆车辆本体2的安装角误差的方法包括以下步骤。

(1)通过获取静止状态下的纵倾轴角速度传感器的输出和侧倾轴 角速度传感器的输出来获取静止状态下的纵倾轴角速度传感器的偏差 值和侧倾轴角速度传感器的偏差值的步骤，其中，在所述静止状态下， 两轮倒立摆车辆本体2的基准横摆轴Z平行于竖直方向。

(2)通过获取旋转状态下的纵倾轴角速度传感器的输出和侧倾轴 角速度传感器的输出来获取旋转状态下的纵倾轴角速度传感器的偏差 值和侧倾轴角速度传感器的偏差值的步骤，其中，在所述旋转状态下， 两轮倒立摆车辆1在两轮倒立摆车辆本体2的基准横摆轴Z平行于竖 直方向的状态下以预定旋转角速度γ₁点旋转。

(3)基于传感器在静止状态下的偏差值、传感器在旋转状态下的 偏差值以及预定旋转角速度γ₁点推算纵倾轴角速度传感器相对于两轮 倒立摆车辆本体2的安装角误差和侧倾轴角速度传感器相对于两轮倒 立摆车辆本体2的安装角误差的步骤。

借助上述方法，能够推算纵倾轴角速度传感器相对于两轮倒立摆 车辆本体2的安装角误差和侧倾轴角速度传感器相对于两轮倒立摆车 辆本体2的安装角误差。

接下来，将参照图6说明本发明的第二实施例。这里，将具体地 说明该第二实施例与上述第一实施例的不同的点，并且在适当情况下 省略了重复说明。

在本实施例中，代替水平旋转装置30，使用简单的水准仪来产生 静止状态，此后，乘员实际上骑乘两轮倒立摆车辆1，并且通过操作 把柄本体5来使两轮倒立摆车辆1在枢轴上旋转。将使用图6中所示 的控制流程进行说明。在S310中，通过使用水准仪产生静止状态。然 后，在S315中，乘员骑乘在两轮倒立摆车辆1上。也通过乘员操作把 柄本体5来执行S350、S360和S390，并且在S415中乘员从两轮倒立 摆车辆1下来。