CN113574347A - 用于旋转编码器校准的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一个示例方法涉及生成用于控制被配置为绕轴旋转第一平台的致动器的校准控制信号。校准控制信号使致动器绕轴旋转第一平台至少一个完整旋转。该方法还涉及接收编码器输出信号。编码器输出信号指示第一平台绕轴的角度位置。该方法还涉及从安装在第一平台上的朝向传感器接收传感器输出信号。传感器输出信号指示朝向传感器的朝向变化率。该方法还涉及基于在至少一个完整旋转期间从朝向传感器接收的给定传感器输出信号确定校准数据。校准数据用于将编码器输出信号映射到第一平台绕轴的角度位置的校准测量。

Description

用于旋转编码器校准的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年3月14日提交的第62/818738号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

除非本文另有说明，否则本节中描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术，也不允许通过包含在本节中而成为现有技术。

旋转接头设备通常用于在机电系统中的一个结构和另一个结构之间传输功率和/或电信号，该机电系统通过引起两个结构(例如定子和转子)之间的相对旋转来运行。使用旋转接头设备的示例系统包括遥感系统(例如，RADAR、LIDAR等)和机器人系统(例如，用于定向麦克风、扬声器、机器人组件等)。

发明内容

在一个示例中，公开了一种方法。该方法涉及生成用于控制致动器的校准控制信号。致动器被配置为绕旋转轴旋转第一平台。校准控制信号使致动器绕轴旋转第一平台至少一个完整旋转。该方法还涉及从编码器接收编码器输出信号。编码器输出信号指示第一平台绕轴的角度位置。该方法还涉及从安装在第一平台上的朝向传感器(orientationsensor)接收传感器输出信号。传感器输出信号指示朝向传感器的朝向变化率。该方法还涉及基于在至少一个完整旋转期间从朝向传感器接收的给定传感器输出信号确定校准数据。校准数据用于将编码器输出信号映射到第一平台绕轴的角度位置的校准测量。

在另一示例中，公开了一种系统。该系统包括第一平台和被配置为绕轴旋转第一平台的致动器。该系统还包括编码器，被配置为提供编码器输出信号，该编码器输出信号指示第一平台绕轴的角度位置。该系统还包括安装在第一平台上的朝向传感器，被配置为提供指示朝向传感器的朝向变化率的传感器输出信号。该系统还包括被配置为使系统执行操作的控制器。操作包括生成用于控制致动器的校准控制信号。校准控制信号使致动器绕轴旋转第一平台至少一个完整旋转。操作还包括基于在至少一个完整旋转期间从朝向传感器接收的给定传感器输出信号确定校准数据。校准数据用于将编码器输出信号映射到第一平台绕轴的角度位置的校准测量。

在又一示例中，公开了一种非暂时性计算机可读介质。该非暂时性计算机可读介质存储当由计算系统的一个或多个处理器执行时导致计算系统执行操作的指令。操作包括生成校准控制信号，用于控制被配置为绕轴旋转平台的致动器。校准控制信号使致动器绕轴旋转平台至少一个完整旋转。操作还包括从编码器接收编码器输出信号。编码器输出信号指示平台绕轴的角度位置。操作还包括从安装在平台上的朝向传感器接收传感器输出信号。传感器输出信号指示朝向传感器的朝向变化率。操作还包括基于在至少一个完整旋转期间由朝向传感器提供的给定传感器输出信号确定校准数据。校准数据用于将编码器输出信号映射到平台绕轴的角度位置的校准测量。

在又一示例中，公开了一种系统。该系统包括用于生成用于控制致动器的校准控制信号的部件。致动器被配置为绕旋转轴旋转第一平台。校准控制信号使致动器绕轴旋转第一平台至少一个完整旋转。该系统还包括用于从编码器接收编码器输出信号的部件。编码器输出信号指示第一平台绕轴的角度位置。该系统还包括用于从安装在第一平台上的朝向传感器接收传感器输出信号的部件。传感器输出信号指示朝向传感器的朝向变化率。该系统还包括用于基于在至少一个完整旋转期间从朝向传感器接收的给定传感器输出信号确定校准数据的部件。校准数据用于将编码器输出信号映射到第一平台绕轴的角度位置的校准测量。

这些以及其他方面、优点和备选方案对于本领域的普通技术人员来说将通过阅读以下详细描述(在适当情况下参考附图)变得显而易见。

附图说明

图1A示出了根据示例实施例的车辆。

图1B是图1A中车辆的另一个图示。

图2是根据示例实施例的车辆简化框图。

图3是根据示例实施例的包括旋转接头的设备的简化框图。

图4A示出了根据示例实施例的包括旋转接头的设备的侧视图。

图4B示出了图4A中设备的横截面图。

图4C示出了图4A中设备的另一个横截面图。

图4D示出了图4A中设备的另一个横截面图。

图5是根据示例实施例的转子平台的朝向和来自磁场传感器的输出之间关系的概念性图示。

图6是根据示例实施例的包括旋转接头的另一设备的横截面图。

图7是根据示例实施例的包括旋转接头的又一设备的横截面图。

图8是根据示例实施例的包括旋转接头的另一设备的横截面图。

图9是根据示例实施例的包括可调节传感器平台的传感器单元的简化框图。

图10是根据示例实施例的方法的流程图。

图11是根据示例实施例的另一种方法的流程图。

具体实施方式

以下详细描述参考附图描述所公开的实现的各种特征和功能。在附图中，除非上下文另有规定，否则相似符号标识相似部件。本文描述的说明性实现并不意味着限制。本领域技术人员可以容易地理解，所公开的实现的某些方面可以以多种不同的配置来布置和组合。

I.概述

在一些情况下，由朝向传感器(诸如陀螺仪)指示的测量可能容易出错。陀螺仪的示例测量误差或偏移可以包括比例因子误差和/或偏移误差等。偏移误差可以包括与陀螺仪指示的测量值无关的误差或偏移。比例因子误差可以包括随着陀螺仪指示的测量值增加而增加(线性或非线性)的误差或偏移。传感器测量误差可以是由于传感器的物理特性(例如半导体特性、机械特性等)、单个传感器之间的制造变化和/或影响传感器运行的环境因素(例如温度、湿度等)以及其他因素造成的。

在一些实现中，可以校准传感器以测量或建模此类误差或偏移。然后由此产生的校准数据可以用于修改来自传感器的未来输出，以减轻这些误差的影响。然而，在一些示例中，这些误差的范围、大小和/或其他特征可能随时间而变化(例如漂移)。因此，例如，经过校准的传感器测量可能在从执行校准过程的时间起经过一定时间后变得容易出错。

此外，在一些情况下，传感器校准过程可能耗时和/或与高校准(例如，维护)成本相关联。举例来说，考虑传感器安装在车辆(诸如汽车、卡车、船或任何其他车辆)上的情景。在这种情况下，校准传感器可能涉及，例如，驾驶车辆或以其他方式将车辆运输至维修位置，从车辆上卸下传感器，将传感器安装到校准或测试平台，向传感器应用一系列传感器输入(例如，根据一系列预定的旋转率旋转朝向传感器等)以生成校准数据，从测试平台上卸下传感器，将传感器重新安装到车辆上，并将车辆从维护位置移除或以其他方式运输。

因此，本发明可以包括用于校准和/或缓解传感器测量误差的附加和/或替代实施。

在一种实现中，一种旋转接头设备包括两个平台，其被布置为使得响应于第一平台的旋转，第一平台(例如，转子平台)的第一侧与第二平台(例如，定子平台)的第二侧保持在给定距离内。在一个示例中，两个平台可以包括绕公共轴同轴布置的圆形圆盘，以响应于第一平台绕两个平台的公共轴的旋转，保持两个各自侧面之间的重叠(以给定距离分开)。

在一些示例中，该设备还包括绕平台轴旋转第一平台的致动器、测量第一平台绕平台轴的角度位置的编码器以及安装在第一平台上的朝向传感器。朝向传感器被配置为提供朝向传感器朝向变化率的指示。例如，朝向传感器可以包括陀螺仪，其具有与第一平台的旋转轴对准和/或基本平行的基准轴。因此，在此示例中，陀螺仪的输出还可以指示第一平台绕平台轴的角度位置的变化。

在一些示例中，该设备还包括控制器(例如，计算设备、逻辑电路、控制系统等)，被配置为在感测模式或校准模式下操作该设备。

在第一示例中，当处于感测模式时，控制器可以生成用于控制致动器的传感器模式控制信号。感测模式控制信号可以使致动器(i)沿与传感器输出信号指示的朝向传感器朝向变化率方向相反的旋转方向旋转第一平台，以及(ii)以基于传感器朝向变化率的旋转率旋转第一平台朝向传感器。例如，控制器可以调制感测模式控制信号，以使致动器逆着朝向传感器绕传感器输出信号指示的基准轴旋转平台，从而将朝向传感器的测量大小驱动至零值(或其他目标值)。例如，控制器可以包括比例积分(PI)控制器或其他控制回路反馈机制，用于将测量从朝向传感器驱动至目标值。通过这种布置，朝向传感器的测量大小可以保持相对较低(例如，接近零值)。因此，例如，可以减少取决于这些测量的大小的比例因子误差。此外，在该示例中，控制器可以基于由编码器输出信号指示的第一平台绕平台轴的角度位置的测量(由编码器在由致动器引起的旋转期间收集)来估计设备的方向或朝向。

然而，在一些场景中，编码器输出信号指示的第一平台绕平台轴的角度位置的测量也可能容易发生编码器测量误差。例如，在本文公开的编码器的一个示例实现中，编码器包括布置在第一平台上并以基本圆形布置绕平台轴布置的多个磁体。编码器还包括布置在第二平台上、与多个磁体相对的磁场传感器(例如，霍尔效应传感器等)。在该实现中，编码器输出信号可以基于由多个磁体产生并由磁场传感器测量的第一磁场的测量。因此，编码器测量误差可以包括由与多个磁体的布置的圆度相关的编码器缺陷、与第一磁场相对于平台旋转轴的同心度相关的编码器缺陷(例如，在安装磁场传感器的第二平台的表面)、以及编码器中的其他可能的物理缺陷。因此，本文中的一些实现也可能涉及校准编码器输出信号。

例如，在控制器在校准模式下操作设备的第二示例中，控制器可以被配置为生成用于控制致动器的校准控制信号。校准控制信号可以使致动器以预定方式(例如，预定速率和/或旋转方向等)绕平台轴旋转第一平台。当第一平台在校准模式下旋转时，控制器可以接收来自朝向传感器的给定传感器输出信号。基于给定传感器输出信号，控制器然后可以确定用于将编码器输出信号指示的第一平台绕平台轴的角度位置映射到第一平台绕平台轴的角度位置的校准测量的校准数据。

其他示例布置、配置、功能和操作也是可能的，并且在本文的示例性实现中更详细地描述。

II.示例机电系统和设备

现在将更详细地描述其中可以实现示例实施例的系统和设备。一般而言，本文公开的实施例可以与包括可移动组件的任何机电系统一起使用。示例系统可以提供可移动组件和系统其他部分之间的功率和/或信号传输。本文描述的示例性实施例包括具有可移动组件的车辆，诸如传感器和车轮，其与车辆的其他组件通信和/或彼此通信。然而，示例机电系统也可以在其他设备中实现或采用其他设备的形式，诸如传感器平台(例如，RADAR平台、LIDAR平台、方向感测平台等)、机器人设备、工业系统(例如，装配线等)、医疗设备(例如，医疗成像设备等)或移动通信系统等。

此外，应注意，术语“车辆”在本文中被广义地解释为包括任何移动对象，例如，飞行器、船艇、航天器、汽车、卡车、厢式货车、半挂车、摩托车、高尔夫球车、越野车、仓库运输车、农用车或在轨道上行驶的运输工具(例如过山车、电车、有轨电车、火车车厢等)等。

图1A示出了根据示例实施例的车辆100。具体地，图1A示出了车辆100的右侧视图、前视图、后视图和俯视图。尽管车辆100在图1A中被示为汽车，然而如上所述，其他实施例也是可能的。此外，尽管示例性车辆100示出为可以被配置为在自主模式下运行的车辆，但本文描述的实施例也适用于未被配置为自主运行或被配置为半自主运行的车辆。因此，示例车辆100并不意味着是限制性的。如图所示，车辆100包括五个传感器单元102、104、106、108和110以及四个车轮，以车轮112为例。

在一些实施例中，传感器单元102-110可以包括传感器(诸如全球定位系统传感器、惯性测量单元、无线电检测和测距(RADAR)单元、相机、激光测距仪、LIDAR和/或声学传感器等)的任何组合。

如图所示，传感器单元102安装在车辆100的顶侧，与安装车轮112的车辆100的底侧相对。此外，传感器单元104-110分别安装在除顶侧以外的车辆100的各侧。如图所示，传感器单元104位于车辆100的前侧，传感器106位于车辆100的后侧，传感器单元108位于车辆100的右侧，传感器单元110位于车辆100的左侧。

尽管传感器单元102-110示出为安装在车辆100上的特定位置，但在一些实施例中，传感器单元102-110可以交替安装在车辆100内部或外部的不同位置。例如，尽管图1A示出了安装在车辆100后视镜上的传感器单元108，但是传感器单元108也可以位于车辆100右侧的另一个位置。作为另一个示例，车辆100可以包括安装在车辆100顶部(例如，顶侧)的更多传感器单元，以及安装在沿车辆100的其他侧(例如，右侧、左侧等)的更少或无传感器。传感器单元102-110的其他布置和配置也是可能的。因此，虽然示出了五个传感器单元，但在一些实施例中，车辆100中可以包括更多或更少的传感器单元。然而，为了举例，传感器单元102-110的位置如图1A所示。

在一些实施例中，传感器单元102-110中的一个或多个可以包括一个或多个可移动安装件，传感器可移动地安装在其上。可移动安装件可以包括例如旋转平台。替代地或附加地，可移动安装件可以包括倾斜平台。安装在倾斜平台上的传感器可以在给定的角度和/或朝向范围内倾斜。可移动安装件也可以采用其他形式。

此外，在一些实施例中，传感器单元102-110中的一个或多个可以包括一个或多个致动器，被配置为通过移动传感器和/或可移动安装件来调节传感器单元中传感器的位置和/或方向。示例致动器包括电动机、气动致动器、液压活塞、继电器、电磁阀和压电致动器。也可以使用其他致动器。

如图所示，车辆100包括一个或多个车轮，诸如车轮112，被配置为旋转以使车辆沿驾驶表面行驶。在一些实施例中，车轮112可以包括至少一个耦合到车轮112轮辋的轮胎。为此，车轮112可以包括金属和橡胶的任何组合，或其他材料的组合。车辆100可以包括一个或多个其他组件，作为所示组件的补充或替代。

图1B示出了车辆100的另一个俯视图。在一些情况下，车辆100可以绕车辆100的一个或多个旋转轴旋转，这些旋转轴示出为偏航轴114、俯仰轴116和滚转轴118。偏航轴114可以对应于延伸至车辆顶部(并超出页面)的高度轴。在示例场景中，车辆100绕偏航轴114的偏航旋转可以对应于调节车辆100的指向或前进方向(例如，沿驾驶表面的运动或行驶方向等)。

俯仰轴116可以对应于横向延伸穿过车辆100右侧和左侧的旋转轴。在示例场景中，车辆100绕俯仰轴116的俯仰旋转可以由车辆100的加速或减速(例如，应用制动器等)引起。例如，车辆减速可能导致车辆向车辆前侧倾斜(即，绕俯仰轴116的俯仰旋转)。在这种情况下，车辆100的前轮冲击(未示出)可能会压缩以吸收由于车辆动量变化而产生的力，而后轮冲击(未示出)可能会扩大以允许车辆向前侧倾斜。在另一个示例场景中，车辆100绕俯仰轴116的俯仰旋转可能是由于车辆100沿着倾斜的驾驶表面(例如，山坡等)行驶，从而导致车辆100根据驾驶表面的坡度向上或向下倾斜(即，俯仰)。其他情况也是可能的。

滚转轴118可以对应于纵向延伸穿过车辆100前侧和后侧的旋转轴。在示例场景中，车辆100绕滚转轴118的滚转旋转可以响应于车辆执行转向操纵而发生。例如，如果车辆执行突然右转操纵，则车辆可能响应于车辆动量变化引起的力或由于右转操纵等作用在车辆上的向心力而向左侧倾斜(即，绕滚转轴118的滚转旋转)。在另一示例场景中，由于车辆100沿着弯曲的驾驶表面(例如，路拱等)行驶，车辆100可能会绕滚转轴118发生滚转旋转，这可能导致车辆100取决于驾驶表面的曲率侧向倾斜(即滚转)。其他情况也是可能的。

应注意的是，各种旋转轴114、116、118的位置可以根据车辆100的各种物理特性而变化，诸如车辆重心的位置、车辆车轮的位置和/或安装位置等。因此，各种轴114、116、118如图所示仅为示例而示。例如，滚转轴118可以交替定位为具有穿过车辆118的前侧和后侧的不同路径，并且偏航轴114可以延伸穿过车辆100的顶侧的与如图所示的不同区域，等等。

图2是根据示例实施例的车辆200的简化框图。例如，车辆200可以类似于车辆100。如图所示，车辆200包括推进系统202、传感器系统204、控制系统206、外围设备208和计算机系统210。在其他实施例中，车辆200可以包括更多、更少或不同的系统，每个系统可以包括更多、更少或不同的组件。此外，所示的系统和组件可以以任意数量的方式被组合或划分。

推进系统202可以被配置为为车辆200提供动力运动。如图所示，推进系统202包括发动机/电动机218、能量源220、变速箱222和车轮/轮胎224。

发动机/电动机218可以是或包括内燃机、电动机、蒸汽机和斯特林发动机的任何组合。其他电动机和发动机也是可能的。在一些实施例中，推进系统202可以包括多种类型的发动机和/或电动机。例如，气电混合动力汽车可以包括汽油发动机和电动机。其他示例也是可能的。

能量源220可以是全部或部分驱动发动机/电动机218的能量源。也就是说，发动机/电动机218可以被配置为将能量源220转换为机械能。能量源220的示例包括汽油、柴油、丙烷、其他基于压缩气体的燃料、乙醇、太阳能板、电池和其他电源。能量源220可另外或替代地包括燃料箱、电池、电容器和/或飞轮的任何组合。在一些实施例中，能量源220也可为车辆200的其他系统提供能量。

变速箱222可以被配置为将机械动力从发动机/电动机218传输至车轮/轮胎224。为此，变速箱222可以包括齿轮箱、离合器、差速器、驱动轴和/或其他元件。在变速箱222包括驱动轴的实施例中，驱动轴可以包括一个或多个轮轴，这些轮轴被配置为耦合到车轮/轮胎224。

车辆200的车轮/轮胎224可以被配置为各种格式，包括独轮车、自行车/摩托车、三轮车或汽车/卡车四轮格式。也可以使用其他车轮/轮胎格式，诸如包括六个或更多车轮的车轮/轮胎格式。在任何情况下，车轮/轮胎224可以被配置为相对于其他车轮/轮胎224进行差速旋转。在一些实施例中，车轮/轮胎224可以包括固定附接至变速箱222的至少一个车轮和耦合至可以与驱动表面接触的车轮轮辋(rim)的至少一个轮胎。车轮/轮胎224可以包括金属和橡胶的任何组合，或其他材料的组合。推进系统202可另外或替代地包括所示以外的组件。

传感器系统204可以包括被配置为感测关于车辆200和/或车辆200所在环境的信息的任意数量的传感器，以及被配置为修改传感器的位置和/或方向的一个或多个致动器236。如图所示，传感器系统204包括全球定位系统(GPS)226、惯性测量单元(IMU)228、RADAR单元230、激光测距仪和/或LIDAR单元232以及相机234。传感器系统204还可以包括附加传感器，包括例如监测车辆200的内部系统的传感器(例如，O₂监测器、燃油表、发动机机油温度等)。其他传感器也是可能的。在一些示例中，传感器系统204可以实现为多个传感器单元，每个传感器单元安装在车辆的相应位置(例如，顶侧、底侧、前侧、后侧、右侧、左侧等)。

GPS 226可以包括被配置为估计车辆200的地理位置的任何传感器(例如，位置传感器)。为此，例如，GPS 226可以包括被配置为估计车辆200相对于地球的位置的收发器。IMU 228可以包括方向传感器的任意组合，该方向传感器被配置为基于惯性加速度感测车辆200的位置和方向变化。示例IMU传感器包括加速计、陀螺仪、其他朝向传感器等。RADAR单元230可以包括被配置为使用无线电信号感测车辆200所在环境中的对象的任何传感器。在一些实施例中，除了感测对象之外，RADAR单元230还可以被配置为感测对象的速率和/或前进方向。

激光测距仪或LIDAR单元232可以包括被配置为使用光感测车辆200所在环境中的对象的任何传感器。具体地，激光测距仪或LIDAR单元232可以包括一个或多个被配置为发射一个或多个光束的光源和被配置为检测一个或多个光束的反射的检测器。激光测距仪或LIDAR 232可以被配置为在相干(例如，使用外差检测)或非相干检测模式下操作。在一些示例中，LIDAR单元232可以包括多个LIDAR，其中每个LIDAR具有适于扫描车辆200周围环境的特定区域的特定位置和/或配置。

相机234可以包括可以捕获车辆200的环境图像的任何相机(例如，静止相机、摄像机等)。致动器236可以包括被配置为调节系统204的一个或多个传感器的位置、方向和/或指向方向的任何类型的致动器。示例致动器包括电动机、气动致动器、液压活塞、继电器、电磁阀和压电致动器等。传感器系统204可另外或替代地包括除所示组件以外的组件。

控制系统206可以被配置为控制车辆200和/或其组件的操作。为此，控制系统206可以包括转向单元238、油门240、制动单元242、传感器融合算法244、计算机视觉系统246、导航或路径系统248和避障系统250。

转向单元238可以是被配置为调节车辆200的前进方向的机构的任意组合。油门240可以是被配置为控制发动机/电动机218的运行速度(反过来，车辆200的速度)的机构的任意组合。制动单元242可以是被配置为使车辆200减速的机构的任意组合。例如，制动单元242可以利用摩擦使车轮/轮胎224减速。在一些示例中，制动单元242还可以将车轮/轮胎224的动能转换为电流。

传感器融合算法244可以是被配置为接受来自传感器系统204的数据作为输入的算法(或存储算法的计算机程序产品)。数据可以包括，例如，表示在传感器系统204的传感器处感测的信息的数据。传感器融合算法244可以包括，例如，卡尔曼滤波器、贝叶斯网络、用于本文中方法的一些功能的算法或任何其他算法。传感器融合算法244还可以被配置为基于来自传感器系统204的数据提供各种评估，包括，例如，对车辆100所在环境中的单个对象和/或特征的评估、对特定情况的评估和/或基于特定情况评估可能的影响。

计算机视觉系统246可以是被配置为处理和分析由相机234捕获的图像以识别车辆200所在环境中的对象和/或特征的任何系统，包括例如交通信号和障碍物。为此，计算机视觉系统246可以使用对象识别算法、运动结构(SFM)算法、视频跟踪或其他计算机视觉技术。在一些实施例中，计算机视觉系统246还可以被配置为映射环境、跟踪对象、估计对象的速度等。

导航和路径系统248可以是被配置为确定车辆200的驾驶路径的任何系统。导航和路径系统248还可以被配置为在车辆200运行时动态更新驾驶路径。在一些实施例中，导航和路径系统248可以被配置为包含来自传感器融合算法244、GPS 226、LIDAR单元232和/或车辆200的环境的一个或多个预定地图的数据，以便确定车辆200的行驶路径。避障系统250可以是被配置为识别、评估、避免或以其他方式越过车辆200所在环境中的障碍物的任何系统。控制系统206可以附加地或替代地包括除所示组件以外的组件。

外围设备208(例如，输入接口、输出接口等)可以被配置为允许车辆200与外部传感器、其他车辆、外部计算设备和/或用户交互。为此，外围设备208可以包括例如无线通信系统252、触摸屏254、麦克风256和/或扬声器258。

无线通信系统252可以是被配置为直接或经由通信网络无线耦合到一个或多个其他车辆、传感器或其他实体的任何系统。为此，无线通信系统252可以包括天线和芯片组，用于直接或经由通信网络与其他车辆、传感器、服务器或其他实体通信。芯片组或无线通信系统252通常可以被布置成根据一种或多种类型的无线通信(例如，协议)进行通信，诸如蓝牙、IEEE 802.11(包括任何IEEE 802.11修订版)中描述的通信协议、蜂窝技术(诸如GSM、CDMA、UMTS、EV-DO、WiMAX或LTE)、Zigbee、专用短程通信(DSRC)和射频识别(RFID)通信以及其他可能性。无线通信系统252也可以采取其他形式。

用户可以将触摸屏254用作向车辆200输入命令的输入接口。为此，触摸屏254可以被配置为经由电容感测、电阻感测或表面声波处理等来感测用户手指的位置和移动中的至少一个。触摸屏254能够感测手指在平行于或平面于触摸屏表面的方向上、在垂直于触摸屏表面的方向上或两者的方向上的移动，并且还能够感测施加到触摸屏表面的压力水平。触摸屏254可以由一个或多个半透明或透明绝缘层和一个或多个半透明或透明导电层构成。触摸屏254也可以采用其他形式。

麦克风256可以被配置为从车辆200的用户接收音频(例如，语音命令或其他音频输入)。类似地，扬声器258可以被配置为向车辆200的用户输出音频。外围设备208可另外或替代地包括所示以外的组件。

计算机系统210可以被配置为向推进系统202、传感器系统204、控制系统206和外围设备208中的一个或多个发送数据、从其接收数据、与其交互和/或控制其中的一个或多个。为此，计算机系统210通过系统总线、网络和/或其他连接机制(未示出)可通信地链接到推进系统202、传感器系统204、控制系统206以及外围设备208。

在一个示例中，计算机系统210可以被配置为控制变速箱222的操作以改进燃油效率。作为另一示例，计算机系统210可以被配置为使相机234捕获环境的图像。作为又一示例，计算机系统210可以被配置为存储和执行与传感器融合算法244相对应的指令。其他示例也是可能的。

如图所示，计算机系统210包括处理器212和数据存储214。处理器212可以包括一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器。在处理器212包括多个处理器的程度上，这样的处理器可以单独或组合工作。反过来，数据存储214可以包括一个或多个易失性和/或一个或多个非易失性存储组件，诸如光、磁和/或有机存储等，并且数据存储214可以全部或部分地与处理器212集成。

在一些实施例中，数据存储214包含可以由处理器212执行以执行各种车辆功能的指令216(例如，程序逻辑)。数据存储214还可以包含附加指令，包括向推进系统202、传感器系统204、控制系统206和/或外围设备208中的一个或多个发送数据、从其接收数据、与其交互和/或控制的指令，数据存储214还包含传感器系统204中一个或多个传感器的校准数据。例如，校准数据可以包括先前获得的传感器测量与传感器的一个或多个预定输入之间的映射。计算机系统210可以附加地或替代地包括除所示组件以外的组件。

电源260可以被配置为向车辆200的部分或全部组件供电。为此，电源260可以包括例如可再充电锂离子电池或铅酸电池。在一些实施例中，可以配置一个或多个电池组以提供电力。也可以使用其他电源材料和配置。在一些实施例中，电源260和能量源220可以作为一个组件一起实现，如在一些全电动汽车中。

在一些实施例中，车辆200可以包括一个或多个元件，作为所示元件的补充或替代。例如，车辆200可以包括一个或多个附加接口和/或电源。也可以使用其他附加组件。在这些实施例中，数据存储214还可以包括可以由处理器212执行的指令，以控制和/或与附加组件通信。此外，尽管每个组件和系统被示出为集成在车辆200中，但在一些实施例中，一个或多个组件或系统可以使用有线或无线连接可拆卸地安装在车辆200上或以其他方式(机械或电)连接到车辆200。

III.示例旋转接头配置

在示例中，旋转接头可以被配置为机电系统的两个结构之间的接口，其中两个结构中的一个或两个被配置为相对于另一个结构旋转或以其他方式移动。为此，在一些实现中，旋转接头的一部分(例如，转子)可以耦合到示例系统的一个结构，而另一部分(例如，定子)可以耦合到示例系统的另一个结构。另外或替代地，在一些实现中，旋转接头可以被包括在布置在两个结构之间的结构内，两个结构相对彼此旋转(或移动)。例如，示例旋转接头可以布置在连接两个机械连杆的机械接头中。其他实现也是可能的。

图3是根据示例实施例的包括旋转接头的设备300的简化框图。例如，设备300可以用作机电系统(诸如车辆100、200和/或任何其他机电系统中的任何一个)的可移动组件之间的接口。因此，例如，设备300可以物理地实现为旋转接头，该旋转接头有助于系统(或子系统)(诸如安装传感器单元102、104、106、108、110、传感器系统204等中包括的传感器的旋转平台)的两个可移动组件之间的功率传输。如图所示，设备300包括第一平台310和第二平台330。

第一平台310可以包括或耦合到转子或其他可移动组件。例如，平台310可以被配置为相对于平台330并绕平台310的旋转轴(例如，转子轴)旋转。因此，在示例中，平台310可以被配置为旋转接头配置中的旋转平台。如图所示，平台310包括传感器312、控制器314、通信接口316、电源接口318和一个或多个磁体320。

在一些示例中，平台310可以包括适合于支撑和/或安装平台310的各种组件的任何固体材料。例如，平台310可以包括安装通信接口316和/或平台310的其他组件的印刷电路板(PCB)。在这种情况下，PCB还可以包括电路(未示出)，以将平台310的一个或多个组件(例如，传感器312、控制器314、通信接口316、电源接口318等)相互电耦合。在这种情况下，PCB的定位可以使得安装的组件沿着平台310的一侧朝向或相对于平台330的相应一侧。例如，通过这种布置，平台310和330可以响应于平台310相对于平台330的旋转而彼此保持在预定距离内。

传感器312可以包括安装在平台310上的传感器的任何组合，诸如传感器系统204的一个或多个传感器、车辆100中包括的一个或多个传感器和/或可安装在平台310上的任何其他传感器。示例传感器的非详尽列表可以包括方向传感器(例如陀螺仪)、遥感设备(如RADAR、LIDAR等)、声音传感器(例如麦克风)等。

控制器314可以被配置为操作第一平台310的一个或多个组件。为此，控制器314可以包括通用处理器、专用处理器、数据存储器、逻辑电路和/或被配置为操作设备300的一个或多个组件的任何其他电路。在一个实现中，类似于计算系统210，控制器314包括一个或多个处理器(例如，处理器212)，其执行存储在数据存储(例如，数据存储214)中的指令(例如，指令216)以操作传感器312、接口316等。在另一个实现中，控制器314替代地或另外地包括线路，以执行本文所述的用于操作设备300的一个或多个组件的一个或多个功能和过程。在一个示例中，控制器314可以被配置为接收传感器312收集的传感器数据，以及向通信接口316提供指示传感器数据的调制电信号。例如，传感器数据可以指示传感器312的测量方向、周围环境的扫描、检测到的声音和/或传感器312的任何其他传感器输出。

通信接口316可以包括被配置为在平台310和330之间发送(例如，信号302)和/或接收(例如，信号304)数据和/或指令的无线或有线通信组件(例如，发送器、接收器、天线、光源、光检测器等)的任意组合。在一个示例中，在通信接口316是光通信接口的情况下，接口316可以包括一个或多个光源，其被布置为发射调制光信号302以供平台330中包括的光检测器接收。例如，信号302可以指示由传感器312收集的传感器数据。此外，在本示例中，接口316可以包括用于接收从平台330发射的调制光信号304的光检测器。例如，信号304可以指示用于操作传感器312和/或耦合到平台310的任何其他组件的指令。在这种情况下，控制器314可以基于经由接口316检测到的接收指令操作传感器312。

电源接口318可以包括一个或多个被配置用于在平台310和330之间无线(或有线)传输功率的组件。例如，接口318可以包括变压器线圈(未示出)，该变压器线圈被布置成接收延伸通过变压器线圈的磁通量，以感应电流为平台310的一个或多个组件(例如，传感器312、控制器314、通信接口316等)供电。例如，变压器线圈可以布置在平台310的中心区域周围，与平台330中包括的相应变压器线圈相对。此外，例如，设备300还可以包括磁芯(未示出)，该磁芯延伸穿过接口318中的变压器线圈(和/或平台330中包括的变压器线圈)，以引导磁通量穿过各自的变压器线圈，从而改善两个平台之间的功率传输效率。其他配置也是可能的。

磁体320可以由铁磁性材料(诸如铁、铁磁性化合物、铁氧体等)和/或被磁化的任何其他材料形成，以产生平台310的第一平台磁场。

在一种实现方式中，磁体320可以实现为绕平台310的旋转轴呈基本圆形布置的多个磁体。例如，磁体320可以沿与旋转轴同心的圆布置，以产生向平台330延伸和/或穿过平台330的组合磁场。此外，例如，磁体320的相邻磁体可以在交替方向上被磁化，使得沿着朝向平台330的给定磁体的表面的给定磁体的磁极与沿着类似表面的相邻磁体的磁极相反。例如，通过这种布置，磁场可以从给定磁体的表面向平台330延伸，然后向相邻磁体的表面延伸。此外，另一磁场可以从给定磁体的表面向平台330延伸，然后向另一相邻磁体延伸。

在另一实现中，磁体320可以实现为与第一平台的旋转轴同心的单环磁体。在该实现中，环形磁体可以被磁化以具有与上述多个磁体的磁化模式相似的磁化模式。例如，环形磁体可以实现为具有多个环扇区(例如，其各自径向轴之间的环形磁体区域)的印刷磁体。在该示例中，环形磁体的相邻环扇区可以在交替方向上被磁化，以定义面向平台330的多个交替磁极。

如图所示，磁体320可以可选地包括分度磁体(index magnet)322。分度磁体322可以包括磁体(例如，铁磁性材料等)，被配置为具有不同于磁体320中其他磁体的特性。

在第一示例中，在磁体320包括圆形布置的多个磁体的情况下，分度磁体322可以定位在与平台310的旋转轴的第一距离处，磁体320中的其他磁体可以定位在旋转轴的与第一距离不同的第二距离处。附加地或替代地，例如，分度磁体322可以相对于其他磁体和第二平台之间基本均匀距离定位在到第二平台的偏移距离处。附加地或替代地，例如，分度磁体322可以定位在与一个或多个相邻磁体的特定分离距离处。在这种情况下，其他磁体可以通过与特定分离距离不同的基本上均匀的分离距离隔开。

在第二示例中，分度磁体322可以具有不同于磁体320中其他磁体的第二尺寸的第一尺寸(例如，宽度、长度、深度等)。

在第三示例中，分度磁体322可以被磁化以具有不同于磁体320中其他磁体的第二磁化强度的第一磁化强度(例如，磁通量密度、磁场强度等)。

在第四示例中，分度磁体322可以被磁化以具有与磁体320中的其他磁体的磁化模式不同的磁化模式。例如，分度磁体322的第一部分可以在第一方向上被磁化(例如，北极指向平台330)并且分度磁体322的第二部分可以在与第一方向相反的第二方向上被磁化(例如，南极指向平台330)，而磁体320中的其他磁体可以在单个方向上磁化(例如，北极或南极中只有一个指向平台330)。

在第五示例中，在磁体320包括单环磁体的情况下，分度磁体322可以实现为磁体320的分度环扇区，其包括在第一方向上磁化的第一部分和在相反方向上磁化的第二部分。替代地或附加地，第二部分可以物理地实现为磁体320的磁化区域，其围绕第一部分并与相邻于分度环扇区的两个环扇区连接。

在第六示例中，在磁体320包括单环磁体的情况下，可以通过调节环形磁体的磁化特性来类似地实现上述用于包括多个磁体的实现的各种微分特性。在一个实例中，分度环扇区可以具有相对于其他环扇区的基本上均匀的大小不同的大小(例如，角度宽度等)。在另一实例中，分度环扇区可以与相邻环扇区分离不同于其他环扇区之间的对应基本均匀距离(例如，通过环形磁体的退磁区域围绕分度环扇区等)。

根据上述讨论，第二平台330可以被配置为旋转接头配置中的定子平台。例如，平台310的旋转轴可以延伸穿过平台330，使得平台310相对于平台330旋转，同时与平台330保持预定距离。如图所示，平台330包括控制器334、通信接口336、电源接口338、多个导电结构340、电路350和磁场传感器390。因此，例如，平台330可以由适合支撑安装或以其他方式耦合到平台330的各种组件的固体材料的任何组合形成。例如，平台330可以包括安装一个或多个组件(例如，接口336、338、传感器390等)的电路板。

例如，控制器334可以具有类似于控制器314的各种物理实现(例如，处理器、逻辑电路、模拟电路、数据存储器等)。此外，控制器334可以操作通信接口336以发送指示数据或指令的传输的信号304，分别类似于控制器314、通信接口316和信号302。例如，控制器334可以操作接口336(例如，收发器、天线、光源等)以提供指示操作传感器312和/或平台310的任何其他组件的指令的调制无线信号。此外，例如，控制器334可以从接口336接收指示从平台310发送的调制信号302的调制电信号。

因此，通信接口336可以类似于通信接口316来实现，以促进平台310和330之间经由信号302和304的通信。

电源接口338可以类似于电源接口318进行配置，因此可以与电源接口318一起操作，以促进平台310和330之间的功率传输。例如，接口338可以包括变压器线圈(未示出)，控制器334可以被配置为使电流流过变压器线圈。电流随后可以产生延伸通过电源接口318的相应变压器线圈(未示出)的磁通量，以感应电流通过相应变压器线圈。因此，感应电流可以为平台310的一个或多个组件提供功率。此外，在一些情况下，设备300还可以包括磁芯(未示出)，该磁芯沿平台310的旋转轴延伸，并穿过电源接口318和338的相应变压器线圈(未示出)。磁芯，例如，可以引导电源接口338的变压器线圈产生的磁通量通过电源接口318的变压器线圈，以改善平台310和330之间的功率传输效率。

导电结构340可以包括导电材料(例如，铜、其他金属等)的部分，这些导电材料电耦合在一起，以定义绕平台310的旋转轴延伸的导电路径，以重叠由磁体320产生的第一平台磁场。例如，导电结构340可以包括沿与平台310的旋转轴同心的圆以第一共面布置的第一多个导电结构，导电结构340还可以包括以第二共面布置的第二多个导电结构以平行重叠于第一多个导电结构。例如，在电路板实现中，第一多个导电结构可以沿电路板的单层布置或图案化，第二多个导电结构可以沿电路板的另一层布置或图案化。

继续上面的示例，设备300还可以包括多个电触点(未示出)，诸如导电材料，其延伸穿过例如电路板的两层之间的钻孔(例如，通孔)。电触点可以将第一多个导电结构耦合到第二多个导电结构，以定义绕旋转轴延伸的一个或多个导电线圈以重叠第一平台的磁体320的圆形布置。然后，电路350(和/或控制器334)可以使一个或多个电流流过一个或多个线圈，以产生在一个或多个线圈内延伸的第二平台磁场。第一平台磁场随后可以与第二平台磁场相互作用，以提供作用在平台310上的力或扭矩。然后感应力可以使平台310绕其旋转轴旋转。此外，在一些实例中，电路350(和/或控制器334)可以通过调节流过线圈的电流来调制第二平台磁场。例如，通过这样做，设备300可以控制平台310绕旋转轴的旋转方向或速率。

因此，电路350可以包括布线、导电材料、电容器、电阻器、放大器、滤波器、比较器、电压调节器、控制器和/或任何其他电路的任何组合，被布置为提供和调制流过导电结构340的电流。例如，电路350可以被配置为调节电流以修改第二平台磁场，从而实现旋转平台310的特定旋转特性(例如，方向、速度等)。

磁场传感器390可以被配置为测量与磁体320相关联的第一平台磁场的一个或多个特性(例如，方向、角度、幅度、磁通密度等)。例如，传感器390可以包括一个或多个磁强计，其被布置为重叠磁体320和/或第一平台磁场。示例传感器的非详尽列表包括质子磁强计、悬置效应传感器、铯蒸汽传感器、钾蒸汽传感器、旋转线圈传感器、霍尔效应传感器、磁阻器件传感器、磁通门磁强计、超导量子干涉器件(SQUID)传感器、微机电系统(MEMS)传感器和自旋交换无弛豫(SERF)原子传感器等。在一种实现中，传感器390可以包括三维(3D)霍尔效应传感器，该传感器根据正交坐标系表示(例如，x-y-z轴分量)或其他矢量场表示，在传感器390的位置输出第一平台磁场的角度(和/或幅度)的指示。

因此，设备300可以使用来自传感器390的输出作为确定平台310绕旋转轴的朝向或位置的基础。举例来说，传感器390可以被定位为重叠在磁体320的两个相邻磁体之间延伸的第一平台磁场的一部分。例如，当第一平台310旋转时，该部分的角度可以在传感器390的位置处改变，因此电路350(和/或控制器334)可以对传感器390的输出进行采样，以推断传感器390相对于两个相邻磁体的位置。

因此，通过这种布置，设备300可以使用磁体320作为致动平台310和测量平台310的方向的组件(例如，磁编码器)。这种布置可以为致动器和磁编码器提供降低的成本并具有更紧凑的设计。

此外，在一些实现中，传感器390可以沿与结构340定义的线圈相交的圆形路径定位。例如，结构340中的两个特定结构可以相隔给定距离，该距离大于结构340中其他相邻结构之间的均匀距离。此外，传感器390可以位于这两个特定结构之间。例如，通过这种布置，可以减轻由于第二平台磁场对传感器390测量的第一平台磁场的干扰，同时也将传感器390放置在离磁体320较近的位置。

在磁体320包括分度磁体322的实现中，在分度磁体322和与分度磁体322相邻的一个或多个磁体之间延伸的第一平台磁场的特定部分可以具有相对于第一平台磁场的其他部分的一个或多个微分特性。例如，如果分度磁体322与平台310的旋转轴的距离不同于旋转轴与磁体320的其他磁体之间的基本均匀距离，然后，第一平台磁场的特定部分的方向可以不同于其他部分的相应方向。因此，在一些示例中，电路350(和/或控制器334)可以将此差异的检测与平台310的方向相关联，其中传感器390重叠分度磁体322或分度磁体322和相邻磁体之间的区域。例如，通过该过程，设备300可以将传感器390的输出映射到平台310相对于分度磁体322的位置的方向范围。

在一些实现中，设备300可以包括比所示更少的组件。例如，可以在没有示出分度磁体322、传感器390和/或任何其他组件的情况下实现设备300。此外，在一些实现中，设备300可以包括一个或多个组件，作为所示组件的补充或替代。例如，平台310和/或340可以包括附加或替代传感器(例如麦克风256等)、计算子系统(例如导航系统248等)和/或任何其他组件，诸如车辆100和200的任何组件。此外，注意，所示的各种功能块可以以与所示不同的布置被布置或组合。例如，平台310中包括的一些组件可以替代地被包括在平台330中，或者被实现为设备300的单独组件。

图4A示出了根据示例实施例的包括旋转接头的设备400的侧视图。例如，设备400可以类似于设备300，并可以与机电系统(诸如车辆100和200)一起使用。如图所示，设备400包括转子平台410和定子平台430，转子平台410和定子平台430可以分别类似于平台310和330。此外，如图所示，设备400包括布置在平台410上的朝向传感器412。例如，传感器412可以类似于传感器312。

传感器412可以包括任何朝向或方向传感器，其被配置为提供指示朝向传感器412绕基准轴413的朝向(或其变化率)的传感器输出信号。例如，传感器412可以包括陀螺仪传感器。如图所示，传感器412安装在平台410上，使得传感器412的基准轴413与平台410的旋转轴406对齐(例如平行)。例如，通过这种布置，由传感器输出信号指示的朝向传感器412的朝向变化率的测量也可以对应于平台410绕轴406的旋转率。

在一些示例中，传感器412可以被配置为偏航传感器，以提供车辆运动方向(或其变化率)的指示。举例来说，考虑设备400安装到车辆100的情况，图4A中所示的轴413对应于或平行于图1B所示的车辆100的偏航轴114。通过这种布置，传感器412的传感器输出信号可以指示车辆100的偏航方向(或其变化)。继续上述场景，传感器412的初始偏航方向可以对应于垂直于轴413并指向页面外的方向。在这种情况下，如果车辆100绕轴114旋转，则传感器412可能会经历类似的绕轴413旋转；因此，传感器412(“偏航传感器”)绕轴413的朝向可以改变，类似于车辆绕偏航轴114的偏航方向的改变。

替代地或另外地，在其他示例中，传感器412可以被配置为俯仰传感器(pitchsensor)(例如，通过将轴413与车辆100的轴116对齐)或滚转传感器(例如，通过将轴413与车辆100的轴118对齐)。

在所示示例中，平台410的侧410a被定位在距平台430的侧430a给定距离408内。平台410可以被配置为绕旋转轴406旋转的转子平台。此外，平台430可以被配置为定子平台，其响应于平台410绕轴406的旋转而保持在距平台410的距离408内。在一些示例中，侧410a可以对应于平台410的平面安装表面(例如，电路板的外层)。类似地，例如，侧430a可以对应于平台430的平面安装表面。注意，为了便于描述，图4A中省略了设备400的一些组件。

例如，在图4B所示的横截面视图中，平台410的410a侧指向页面外。如图4B所示，设备400还包括多个磁体(以磁体420、422、424、426为例)和安装件428。

磁体420、422、424、426可以类似于磁体320。例如，如图所示，磁体420、422、424、426绕旋转轴406大致呈圆形布置安装。在一些示例中，如磁体320，多个磁体(例如，420、422、424、426)可以在交替方向上分别磁化。例如，如图所示，磁体420在指向页面的方向上磁化(例如，由指向页面外的字母“S”表示的南极)，磁体422在指向页面外的方向上磁化(例如，由指向页面外的字母“N”表示的北极)，磁体424在与磁体420相同的方向上磁化，依此类推。因此，在一些示例中，如图所示，多个磁体(例如，420、422、424、426等)的各自磁化方向可以基本上平行于轴406。

安装件428可以包括被配置为绕旋转轴406支撑以圆形布置的多个磁体(例如，420、422、424、426等)的任何结构。为此，安装件428可以包括适用于支撑以圆形布置的多个磁体的任何固体结构(例如，塑料、铝、其他金属等)。例如，如图所示，安装件428可以具有在(圆形)边缘428a和428b之间延伸的环形。此外，如图所示，安装件428可以包括凹口，该凹口容纳以圆形布置的多个磁体。例如，如图所示，安装件428包括凹口(在壁428c和428d之间)，其形状可以容纳磁体426。因此，例如，在组装过程中，可以将多个磁体安装到安装件428的各自凹口中，以便于将多个磁体以圆形布置放置。此外，如图所示，环形安装件428可以相对于轴406同心布置(例如，轴406与环形安装件428的中心轴对齐)。因此，例如，圆边428a、428b和磁体420、422、424、426等可以响应于平台410绕轴406的旋转而保持在距轴406的各自给定距离内。

在一些示例中，类似于分度磁体322，设备400中的至少一个磁体可以被配置为分度磁体，该分度磁体具有不同于其他磁体的公共特性的一个或多个特性。例如，如图所示，磁体422安装在与轴406的距离不同于其他磁体(例如，420、424、426等)与轴406之间的距离的位置。为便于此，如图所示，容纳分度磁体422的凹口(例如，由绕凹口延伸的壁428e定义)的长度可小于容纳磁体420、424、426等的各自凹口。因此，分度磁体422在安装时可能比磁体420、424、426等更靠近边缘428a(和轴406)。

注意，平台410可以包括图4B所示组件之外的附加组件。在一种实现中，安装件428可以沿印刷电路板(PCB)或其他电路板的外围布置。在另一实现中，安装件428可以沿电路板的表面或层布置。无论实施方式如何，例如，轴406和边缘428a之间的410a侧的区域可以用于安装一个或多个组件，诸如平台310的任何组件。

在一个示例中，如图所示，平台410可以包括由边缘410b定义的中心间隙。在此示例中，平台410可以包括布置绕边缘410b布置的变压器线圈(未示出)。此外，在此示例中，设备400可以包括延伸穿过中心间隙的磁芯(未示出)，以引导由平台430的类似变压器线圈(未示出)产生的磁通量。因此，例如，可以在两个平台410和430之间传输功率，与上面对电源接口318和338的讨论一致。在另一个示例中，平台410可以包括位于边缘428a和410b之间的平台410区域中的一个或多个无线发送器或接收器(例如，光源、光检测器、天线等)。因此，类似于例如设备300，设备400可以被配置为在平台410和430之间发送功率和/或通信信号。

在图4C所示的横截面视图中，平台430的430a侧指向页面外。图4D中所示的平台430的横截面视图可以对应于基本上平行于侧430a的平台430层的视图。通过示例返回参考图4A，图4D中所示的层可以对应于侧430a和430b之间的层。在另一个示例中，图4D中所示的层可以对应于在平台430的侧430b上图案化的导电材料。在一个实现中，平台430可以被物理实现为多层电路板(例如，PCB)或可以包括嵌入其中的多层PCB。为此，图4C中所示的一个或多个组件可以对应于沿PCB外层图案化的导电材料(例如，磁道、迹线、铜等)，并且图4D中所示的一个或多个组件可以对应于沿PCB另一层图案化的导电材料。其他实现也是可能的。

如图4C和4D所示，设备400还包括多个电源引线(以引线432、434、436、438为例)、第一多个相邻导电结构(以结构442、444、446、448、450、452、454、456、458、459为例)、第二多个相邻导电结构(以结构472、474、476、478、480、482、484、486、489为例)、多个电触点(以触点462、464、466、468为例)、磁场传感器490和连接器492、494。

电源引线432、434、436、438等可以被配置为分别将的第一和第二多个导电结构中的一个或多个电耦合到电源、电压调节器、电流放大器或其他电路(例如，电路350)，其提供或调节一个或多个流过耦合到相应引线的相应导电轨道的电流。

第一多个导电结构(442、444、446、448、450、452、454、456、458、459等)可以包括绕轴406呈圆形布置的导电材料(例如铜等)，类似于导电结构340。例如，如图4C所示，第一多个导电结构在与轴406同心的圆440和441之间延伸。例如，圆440和441之间的430a侧区域可以至少部分重叠转子平台410的多个磁体420、422、424、426等。此外，如图4C所示，每个导电结构(例如，结构442等)相对于圆440(和441)的半径倾斜，其中各个结构与圆440相交。此外，第一多个导电结构基本上是共面布置。因此，例如，结构442、444、446、448、450、452、454、456、458、459等可以形成为沿着电路板(例如，PCB)的单层的图案化导电轨道。

类似地，在图4D中，第二多个导电结构(472、474、476、478、480、482、484、486、488、489等)呈基本共面的圆形布置(例如，沿着PCB的第二层)。因此，例如，第一多个导电结构与多个磁体(420、422、424、426等)的第一距离小于第二多个结构与多个磁体之间的第二距离。

此外，结构472、474、476、478、480、482、484、486、488、489等分别在圆470和471之间延伸。例如，圆470和471可以类似于圆440和441，因此可能与轴406同心，其半径分别与圆440和441的半径相似。此外，图4D中的每个导电结构(例如结构472等)相对于圆470(和471)的半径以倾斜角度定位，其中各个结构与圆470相交。然而，图4D中的第二多个结构与图4C中的第一多个结构的倾斜角度相反。例如，结构442(图4C)示出为沿顺时针方向远离圆440。然而，结构472(图4D)示出为沿逆时针方向远离圆470。

为了促进第一多个结构(442、444、446、448、450、452、454、456、458、459等)和第二多个结构(472、474、476、478、480、482、484、486、488、489等)之间的电耦合，电触点462、464、466、468等可以包括沿垂直于页面的方向延伸穿过PCB的导电材料(例如，通孔)，以连接在相应触点的相应位置重叠的相应导电结构。例如，触点462将导电结构442(图4C)电耦合到导电结构472(图4D)，触点464将导电结构444(图4C)电耦合到导电结构474(图4D)等。

通过这种布置，平台430的两层中的导电结构可以形成绕轴406延伸的一个或多个导电路径。例如，第一电流可以流过第一导电路径，该第一导电路径依次包括：引线432、结构442、触点462、结构472、触点466、结构446等，直到第一电流到达引线436。因此，例如，第一电流可以从结构442流向结构472，而不流过相邻结构444。类似地，例如，第二电流可以流过第二导电路径，该第二导电路径依此包括：引线434、结构444、触点464、结构474、触点468、结构448等，直到第二电流到达引线438。因此，第一导电路径可以形成绕轴406延伸的第一线圈，第二导电路径可以形成绕轴406延伸的第二线圈。

在一些实现中，图4C所示第一层的引线432、434等可以(直接或间接)连接到电源(未示出)的第一端子，并且图4D所示第二层的引线436、438等可以连接到电源的第二端子。结果，在这些实现中，平台430的每个线圈或导电路径可以承载相同电流的一部分。例如，这些实现中的每个线圈可以连接到并联电路配置中的其他线圈。

无论实施方式如何，当电流流过第一和第二多个共面导电结构时，通过电耦合导电结构形成的线圈产生定子平台磁场。然后，定子平台磁场可以与与转子平台410中的磁体相关联的转子平台磁场相互作用，以产生绕轴406旋转平台410的扭矩或力。例如，定子平台磁场可以取决于流过相应导电路径(或线圈)的相应电流的方向，在由上述第一和第二导电路径定义的线圈内顺时针或逆时针方向延伸。

因此，在一些示例中，图4C和4D中所示的导电结构可以电耦合以形成无芯PCB电动机线圈。例如，图4C和图4D中所示的两层之间的绝缘材料，诸如电绝缘层(例如塑料等)，可以将图4C中所示的第一多个导电结构与图4D中所示的第二多个导电结构分离。在这种情况下，定子平台磁场可以延伸至绝缘材料。然而，在其他示例中，可以在图4C和4D的两层之间插入一个磁透磁芯(未示出)，以引导产生的定子平台磁场。例如，平台430的中间层(未示出)可以包括布置在图4C和4D的两层之间的导电材料。在这种情况下，中间层中的导电材料也可以重叠第一多个导电结构和第二多个导电结构。因此，中间层中的导电材料因此可以被配置为磁芯，其通过引导绕轴406和沿着图4C和4D所示的两个层的相应导电路径定义的线圈内的定子平台磁场来增强定子平台磁场。

磁场传感器490可以类似于传感器390。为此，传感器490可以包括任何磁强计，诸如霍尔效应传感器等，其被配置为测量由平台410的磁体(例如420、422、424、426等)产生的转子平台磁场。因此，例如，计算系统(例如控制器334、电路350等)可以基于来自传感器490的输出确定平台410绕轴406的方向。

为了促进这一点，在一些示例中，传感器490可以定位在平台430中与平台410的转子平台磁场基本重叠的位置。例如，如图4C所示，传感器490位于圆440和441之间的区域(该区域至少部分重叠平台410的磁体)。此外，为了减轻由于定子平台磁场在线圈或由第一和第二多个导电结构定义的导电路径之间延伸而产生的干扰，平台430中绕轴406延伸的线圈形(coil-shaped)导电路径的一部分可以在平台430中传感器490所在的区域内被中断或被修改。

如图4C所示，例如，第一多个导电结构包括多个间隔开的导电结构，这些导电结构的间隔基本上是均匀的。例如，如图所示，结构442、444由基本均匀距离分开，并且结构446、448也由基本均匀距离分开。此外，图4C中所示的第一多个导电结构可以包括两个相邻结构，它们之间的距离大于基本均匀距离。例如，如图所示，相邻结构454和456之间的距离更大。类似地，例如，第二多个导电结构(如图4D所示)还包括两个相邻结构(例如，484、486)，它们之间的距离大于第二多个结构的其他结构之间的基本均匀距离。因此，如图4C所示，传感器490可以位于结构454和456之间(即，在绕轴406延伸的线圈形导电路径中的“间隙”内)。

为了便于这种布置，可以使用远离传感器490所在区域(例如，圆440和441之间的区域外部等)的连接器492和494来电耦合线圈形导电路径的一部分和线圈形导电路径的其余部分。为此，连接器492和494可以包括导电材料(例如，铜、金属、金属化合物等)，其形状和/或布置在与传感器490的适当距离处，以减少传感器490位置处定子平台磁场的影响。

例如，如图所示，连接器492经由电触点将导电结构454(图4C)电耦合到导电结构489(图4D)。类似地，连接器494将导电结构484(图4D)电耦合到导电结构459(图4C)。尽管未示出，但平台430还可以包括附加连接器(例如，类似于连接器492或494)，被配置为电连接绕轴406的附加导电路径，同时降低传感器490位置处的定子平台磁场。在第一示例中，连接器(未示出)可以将结构452(图4C)电耦合至结构488(图4D)。在第二示例中，连接器(未示出)可以将结构450(图4C)电耦合到结构486(图4D)。在第三示例中，连接器(未示出)可以将结构480(图4D)电耦合到结构456(图4C)。在第四示例中，连接器(未示出)可以将结构482(图4D)电耦合到结构458(图4C)。

此外，尽管连接器492和494示出为沿同一PCB层(例如，侧430a)布置，但在一些示例中，一个或多个连接器可替代地沿图4D所示的层或平台430的另一层(未示出)布置。此外，尽管磁性传感器490被示出为安装在平台430的430a侧，但在一些示例中，传感器490可以沿平台430的不同侧(例如，430b侧)或导电结构454、456、484、486之间的转子平台磁场的一部分内的任何其他位置交替定位。例如，在第二多个导电结构472、474、476、478、480、482、484、486、488、489等沿平台430的侧430b布置的实现中，传感器490可以交替地安装在结构484和486之间。传感器490的其他位置也是可能的(例如，在侧430a和430b之间等)。

此外，在一些示例中，平台430可以包括比所示组件更多的组件，诸如包括在平台330中的任何组件(例如，通信接口335、电源接口338等)。通过示例再参考图4C，平台430可以实现为电路板(例如，PCB)，轴406和圆440之间的区域可以包括电源接口组件(例如，变压器线圈)和/或通信接口组件(例如，无线发送器、光源、检测器等)等。

注意，图4A-4D中所示的用于设备400和/或其组件的形状、尺寸和相对位置不一定是按比例的，并且仅为便于描述而示出。为此，例如，设备400和/或其一个或多个组件也可以具有其他形式、形状、布置和/或尺寸。还应注意，设备400可以包括比所示组件更少或更多的组件，诸如设备300的任何组件(例如，接口、传感器、控制器等)。在一个示例中，尽管为图4C和4D的每一层示出了六根引线，但设备400也可以包括更多或更少的引线，用于绕轴406延伸的不同数量的导电路径。在另一个示例中，尽管设备400示出为在平台410中包括特定数量的磁体，但设备400可替代地包括更多或更少的磁体。

图5是根据示例性实施例的转子平台的朝向与来自磁场传感器的输出之间的关系的概念性图示500。图5示出了转子平台410以恒定速率以顺时针方向绕轴406旋转一个完整旋转的情况。为此，图500中的图的水平轴可以指示时间(例如，以秒为单位)从平台410的初始朝向开始，直到平台410绕轴406旋转一个完整旋转(例如，360度)。在这种情况下，传感器490可以被配置为在传感器490的位置提供转子平台磁场的三维表示(例如，向量场)。因此，图例502中指示的X曲线、Y曲线和Z曲线可分别对应于传感器490测量磁场的X分量、Y分量和Z分量。为此，对于图X、Y、Z，图500中的图的纵轴可以指示测量磁场(例如，以特斯拉为单位)。此外，图例502中指示的曲线“atan2(Z，X)”可以对应于基于对输出的Z分量和X分量应用“atan2”函数计算的磁场角度。atan2计算可以类似于计算：z分量输出除以x分量输出的反正切。然而，与反正切计算不同，atan2函数提供平面正x轴与平面上坐标(X，Z)给定点之间以弧度为单位的输出角度。例如，atan2计算的角度可以包括逆时针角度的正值(例如，Z>0)和顺时针角度的负值(例如，Z<0)。通过这样做，与简单的反正切计算不同，atan2可以提供-π弧度到π弧度范围内的输出，同时也避免了被零除的问题(例如，x分量的值为零)。为此，如“atan2(Z，X)”曲线所示，纵轴可能表示角度计算(例如，以弧度为单位)。

回到图4C，Y曲线所示的y分量可以对应于转子平台磁场的分量，该分量沿y轴穿过传感器490向轴406延伸。Z曲线所示的z分量可以对应于转子平台磁场的分量，该分量沿z轴穿过传感器490向页面外延伸。由Z曲线指示的x分量可以对应于沿传感器490的x轴的转子平台磁场分量，该x轴垂直于(例如，正交于)y轴和z轴。

例如，通过该配置，图500中所示的Z曲线的最大值可以对应于平台410的朝向，其中传感器490与在z轴的正方向上磁化的磁体对齐(例如，指向页面外的南极)。例如，箭头504处的z最大值表示平台410的朝向，其中磁体420与传感器490对齐。此外，z曲线的最小值可以对应于平台410的朝向，其中传感器490与沿z轴负方向磁化的磁体对齐(例如，指向页面外的北极)。例如，箭头506处的z最小值指示平台410的朝向，其中磁体426与传感器490对齐。

因此，通过这种布置，可以计算两个相邻磁体之间平台410的朝向指示(例如，“atan2(Z，X)”曲线)，作为z分量和x分量的atan2计算。例如，该计算可以由控制器334和/或电路350执行。atan2(Z，X)曲线表示平台410在任意两个磁体之间的归一化朝向。例如，传感器490与磁体对齐的、平台410的每个朝向可以对应于零弧度值或pi弧度值(取决于z轴的方向)。因此，本文中的各种设备和系统(例如，车辆100、200、设备300、400)可以使用atan2(Z，X)计算作为平台410相对于任意两个磁体的朝向的映射。

此外，如上所述，可以使用分度磁体来帮助计算平台410绕轴406的绝对朝向。通过示例返回参考图4C，与其他磁体(例如，420、424、426、426)相比，分度磁体422位于到轴406的偏移距离处(即，沿传感器490的y轴的偏移)。因此，例如，传感器490测量的转子平台磁场的y分量可能会遇到平台410朝向的异常，其中传感器490与磁体420和424之间的区域重叠。箭头508指向与位于该区域(例如，在磁体420和424之间)传感器490相关联的y最大值。如图所示，y最大值508明显低于图500中Y曲线的其他y最大值。因此，设备400可以使用y分量异常来检测平台410的分度位置，然后将不同磁体对之间的其他位置映射为平台410相对于分度位置或朝向的绝对朝向。

此外，如图所示，y分量异常基本上独立于x分量和z分量测量。因此，分度磁体422的y轴位移可以允许设备400测量平台410的朝向(例如，使用x分量和z分量)，同时也使用y分量检测分度朝向。

图6是根据示例实施例的包括旋转接头的另一设备600的横截面图。例如，设备600可以类似于设备300和400。为此，设备600包括具有侧610a的转子平台610，其分别类似于转子平台410和侧410a。此外，如图所示，设备600包括旋转轴606、磁体620、624、626和安装件628，它们分别类似于轴406、磁体420、424、426和安装件428。

如上所述，在一些示例中，除了沿传感器490的y轴的位移(即，到轴406的距离)之外，分度磁体422可以具有替代或附加的微分特性。例如，与分度磁体422不同，分度磁体622与平台610的其他磁体(例如620、624、626等)与轴606的距离相同。然而，如图所示，分度磁体622的大小(例如长度)比其他磁体小。结果，分度磁体622还可表现出异常(例如，类似于y最大值508)，其允许设备600识别平台610绕轴606的分度朝向。

图7是根据示例实施例的包括旋转接头的另一设备700的横截面图。例如，设备700可以类似于设备300、400、600。为此，设备700包括转子平台710和侧710a，其分别类似于转子平台410和侧410a。此外，如图所示，设备700包括旋转轴706、磁体720、724、726和安装件728，它们分别类似于轴406、磁体420、424、426和安装件428。

然而，与分度磁体422不同，分度磁体722与平台710的其他磁体(例如720、724、726等)与轴706的距离相同。相反，如图所示，分度磁体722与另一磁体723相邻布置(例如，在绕轴706的圆形磁体布置中容纳磁体722的凹口内)。此外，磁体723可以在与磁体722的磁化方向相反的方向上磁化(例如，由指向页面外的南极“S”指示)。因此，磁体723可以扭曲由分度磁体722提供的磁场，使得分度磁体722呈现异常(例如，类似于y最大值508)，该异常允许设备700识别平台710绕轴706的分度位置或朝向。

替代地，尽管未示出，磁体722和723可实现为单个磁体(例如，印刷磁体等)，其包括沿一个方向磁化的部分(例如，指向页面外的南极)和沿相反方向磁化的另一部分(例如，指向页面外的北极)。

图8是根据示例实施例的包括旋转接头的另一设备800的横截面图。例如，设备800可以类似于设备300、400、600、700。为此，设备800包括转子平台810和侧810a，其分别类似于转子平台410和侧410a。此外，如图所示，设备800包括类似于轴406的旋转轴806。如图所示，设备800还包括类似于磁体320的环形磁体820。

如上所述，在一些示例中，磁体320可以实现为单环磁体。因此，如图所示，环形磁体820是一个示例单磁体实现，可以用于代替设备400的多个磁体420、422、424、426等。例如，环形磁体820可以物理实现为具有类似于设备400中磁体布置(例如，在交替方向磁化的磁体820的相邻区域等)的磁化模式的印刷磁体。

例如，环形磁体820的第一环扇区(例如，环扇区等)可以对应于具有半径822和824之间的角度宽度的磁体820区域。如图所示，第一环扇区可以是在指向页面的第一方向(平行于轴806)上磁化的环形磁体820的磁化区域。第一环扇区的白色背景和字母“S”(即指向页面外的南极)示出了这一点。类似地，例如，环形磁体820的第二环扇区(与第一环扇区相邻)可以对应于在半径824和826之间具有角度宽度的磁体820区域。此外，如图所示，第二环扇区的至少一部分在与第一环扇区相反的方向上磁化。第二环扇区的不同背景图案和字母“N”(即指向页面外的北极)示出了这一点。

此外，第二环扇区(在半径824和826之间)示出了分度磁体422的替代实现。如图所示，半径824和826之间的区域通过沿第一方向磁化分度环扇区的一部分(例如，指向页面外的“N”北极)和沿相反方向的分度环扇区的另一部分(例如，具有白色背景的部分，其磁化方向“S”南极与半径822、824和半径826、828之间的相邻环扇区相同)。因此，环形磁体820的分度环扇区示出了替代的“分度磁体”实现，其还可以在磁场传感器(例如，传感器390、490等)的输出中提供异常(例如，类似于y最大值508)，以便于确定转子平台810绕轴806的绝对位置或朝向。

此外，在磁体820替换设备400的磁体420、422、424、426等的示例场景中，响应于平台410绕轴406的旋转，导电结构442、444、446、448、450、452、454、456、458、459等可以保持在到磁体820距离408的范围内。此外，在该场景中，在平台410绕轴406旋转时，由一个或多个导电结构定义的导电路径可以保持至少部分重叠环形磁体820。

图9是根据示例实施例的包括可调节传感器安装平台906的传感器单元设备900的简化框图。传感器单元900可以类似于传感器单元102、104、106、108、110和/或传感器系统204中组件的任何组合。如图所示，传感器单元900包括一个或多个致动器902、一个或多个编码器904、传感器平台906、温度传感器910、调节设备912以及控制器914。注意，传感器单元900可以包括比所示组件更多或更少的组件。在一个示例中，传感器单元900可以包括车辆200的任何组件，作为所示组件的补充或替代。在另一个示例中，设备900可以在没有温度传感器910和/或没有调节设备912的情况下实现。其他示例也是可能的。

致动器902可以包括一个或多个类似于致动器236的致动器。在一种实现中，致动器902可以被配置为绕基本平行于车辆旋转轴(例如，偏航轴、滚转轴、俯仰轴等)和/或任何其他旋转轴的旋转轴旋转平台906。

编码器904可以包括编码器的任何组合(例如，机械编码器、光学编码器、磁编码器、电容编码器等)，并可以被配置为响应于致动器902旋转平台906来提供平台906的朝向指示。因此，在一个示例中，编码器904可以被配置为提供编码器输出信号，该信号指示平台906绕平台906的旋转轴的角度位置。

在一些示例中，致动器902和编码器904两者都可以包括一个或多个共享物理组件。举例来说，致动器902可以包括布置在平台906上的多个磁体(例如，类似于图4B所示的设备400的磁体)，以及布置在与平台906相对的设备900的另一平台(未示出)上的多个导电结构(例如，类似于图4C和4D中所示的设备400的导电结构)。此外，在该示例中，编码器904还可以包括布置在平台906上的相同多个磁体以及布置在另一相对平台上的磁场编码器(例如，类似于图4C中所示的磁场传感器490)。

平台906可以包括适于安装传感器(例如，传感器908)的任何固体结构。例如，平台906可以包括转子平台，该转子平台在旋转接头配置中相对于定子平台旋转。

传感器908可以包括传感器系统204中包括的传感器的任何组合。在一些实现中，传感器908包括朝向传感器，诸如例如陀螺仪，其安装在平台906上并与车辆的方向轴(例如轴114、116或118)对齐以提供车辆运动方向的指示。例如，陀螺仪传感器908可以提供输出信号，该输出信号指示响应于陀螺仪的运动(例如，由于平台906的旋转或包括传感器单元900的车辆的运动)陀螺仪传感器的指向方向(例如，偏航方向、俯仰方向、滚转方向等)的变化率。因此，在各种示例中，传感器908可以被配置为提供偏航传感器的偏航旋转率的指示(例如，传感器绕车辆100的轴114的旋转率)的“偏航传感器”、提供俯仰速率指示的“俯仰传感器”或提供滚转速率指示的“滚转传感器”。因此，在一个示例中，朝向传感器908可以安装在平台906上，并被配置为提供指示朝向传感器908的朝向(或其变化率)的传感器输出信号。

温度传感器910可以包括任何类型的温度传感器，诸如温度计、热敏电阻、热电偶、电阻温度计、硅带隙温度传感器等。在一些示例中，温度传感器910可以布置在传感器908邻近或附近，以提供传感器908的温度和/或传感器908周围空气温度的指示。例如，温度传感器910可以在校准期间用于将测量温度与传感器908提供的测量相关联。

调节设备912可以包括任何类型的温度调节设备，诸如空调、加热元件、电阻加热元件、空气冷却设备等。在一些实现中，调节设备912可以布置在传感器908附近和/或耦合到传感器908以调节传感器的温度。在一个示例中，调节设备912可以用于模拟传感器908的校准期间的不同操作温度，从而允许执行校准的车辆获得或生成适用于车辆运行期间预期的各种环境条件的校准数据(例如，温度)。在另一示例中，调节设备912可以用于将传感器908的温度调节到适合于先前生成的校准数据的温度范围内的给定温度。例如，设备900可以存储当传感器908处于特定温度时收集的校准数据。此外，在这种情况下，设备900可以包括或以其他方式访问温度阈值范围(其中存储的校准数据适合于通过传感器908减小测量误差)的指示。因此，在示例场景中，设备900或其组件(例如控制器914)可以检测(例如，通过温度传感器910)确认当前温度超出温度阈值范围，并相应地操作调节设备912，将传感器908的温度调节到温度阈值范围内的给定温度。

控制器914可以包括可执行以执行本公开中的各种方法的功能的电路和/或计算机逻辑的任意组合。在一个示例中，控制器914可以实现为一个或多个处理器和存储可以由一个或多个处理器执行的指令的数据存储器，类似于车辆200的计算机系统210，控制器914可以被实现为数字和/或模拟电路，这些电路被连接以执行本发明的各种功能。其他实现(例如，计算机程序逻辑和电路的组合)也是可能的。

IV.示例方法和计算机可读介质

图10是根据示例实施例的方法1000的流程图。图10所示的方法1000给出了一种方法的实施例，该方法可以用于车辆100、200和/或设备300、400、600、700、800中的任何一种。方法1000可以包括一个或多个操作、功能或动作，如框1002-1004中的一个或多个所示。尽管这些框是按顺序示出的，但在一些情况下，这些框可以并行执行和/或以与本文所述不同的顺序执行。此外，各种框可以被组合成更少的框、被划分成附加框和/或基于期望的实现被移除。

此外，对于本文公开的方法1000和其他过程和方法，流程图示出了本实施例的一种可能实现的功能和操作。在这方面，每个框可以表示模块、段、制造或操作过程的一部分或程序代码(包括处理器可执行的用于实现过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个指令)的一部分。程序代码可以存储在任何类型的计算机可读介质上，例如，诸如包括磁盘或硬盘驱动器的存储设备。计算机可读介质可以包括非暂时性计算机可读介质，例如，诸如在短时间段内存储数据的计算机可读介质，如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可以包括非暂时性介质，例如，诸如辅助或持久长期存储器(如例如只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、光盘只读存储器(CD-ROM))。计算机可读介质还可以是任何其他易失性或非易失性存储系统。计算机可读介质可以被视为例如计算机可读存储介质或有形存储设备。

此外，对于本文公开的方法1000和其他过程和方法，图10中的每个框可以表示布线以执行过程中的特定逻辑功能的电路。

方法1000是用于相对于设备的定子平台(例如，第二平台330等)并绕转子平台的旋转轴(例如，轴406等)旋转设备(例如，设备300等)的转子平台(例如，第一平台310等)的示例方法。因此，在一些示例中，根据上述讨论，响应于转子平台绕旋转轴的旋转，转子平台可以保持在到定子平台的给定距离(例如，距离408等)内。

在框1002处，方法1000涉及使电流流过包括在定子平台中并绕转子平台的旋转轴延伸的导电路径。举例来说，设备300可以包括向导电路径提供电流的电路350(例如，电源、电压调节器、电流放大器、布线等)。为此，例如，导电路径可以由彼此电耦合的第一多个共面导电结构(例如，结构442、444、446、448、450、452、454、456、458、459等中的一个或多个)定义。此外，例如，导电路径还可以包括第二多个共面导电结构(例如，结构472、474、476、478、480、482、484、486、488、489等中的一个或多个)，平行并电耦合到第一多个共面结构以形成绕旋转轴延伸的线圈。

因此，如上所述，流过线圈(即，平面导电结构的布置)的电流可以产生定子平台磁场，该磁场与转子平台的转子平台磁场相互作用，使得转子平台绕旋转轴旋转。例如，磁场的相互作用可以感应扭矩或力，该扭矩或力使转子平台沿顺时针或逆时针方向(取决于所提供电流的方向)绕旋转轴旋转。

在框1004，方法1000涉及调制电流以调节第一平台绕旋转轴的朝向以实现目标方向。举例来说，考虑传感器312是安装在平台310上的陀螺仪(例如，方向)传感器的场景。在这种情况下，控制器314(或344)可以被配置为处理来自传感器312和旋转平台310的输出，直到传感器312测量方向上的特定目标变化(例如，零值等)。在这种情况下，电路350可以调制电流，以使平台310以与传感器312测量的方向或速度变化相反的特定方向和/或速度旋转。其他情况也是可能的。

因此，在一些实现中，方法1000还涉及调制转子平台的旋转特性(例如，旋转率、旋转加速度、旋转方向等)。另外或替代地，在一些实现中，方法1000还涉及获得磁场传感器(例如，传感器490)的输出，并根据上述讨论，基于磁场传感器的输出确定转子平台绕旋转轴的朝向。

图11是根据示例实施例的另一方法1100的流程图。图11中所示的方法1100示出了一种方法的实施例，该方法可以用于例如车辆100、200、设备300、400、600、700、800、900和/或方法1000中的任何一种。方法1100可以包括如框1102-1108中的一个或多个所示的一个或多个操作、功能或动作。尽管框是按顺序示出的，但在一些情况下，这些框可以并行执行和/或以与本文所述不同的顺序执行。此外，各种框可以被组合成更少的框、被划分成附加框和/或基于期望的实现被移除。

在框1102，方法1100涉及生成用于控制被配置为绕轴旋转第一平台的致动器的校准控制信号。校准控制信号可以使致动器绕轴旋转第一平台至少一个完整旋转。举例来说，方法1100的系统可以包括控制器(例如，计算机系统210、控制器314、控制器334、控制器914等)，被配置为产生校准控制信号作为流过设备400(如图4C-4D所示)的导电结构使得平台410(如图4A所示)以预定方式绕轴406旋转(例如，在绕轴的每个完整旋转期间，以特定的旋转率和/或特定的旋转方向)的调制电流。

在一些示例中，使第一平台旋转至少一个完整旋转的给定完整旋转包括使第一平台在给定完整旋转的开始时间和位置以及在特定旋转方向上绕轴从特定角度位置旋转直到第一平台在给定完整旋转的停止时间和位置再次处于特定角度位置。回到图4A，例如，致动器可以使平台410从绕轴406的特定角度位置顺时针旋转360度(例如，当平台410回到绕轴406的相同特定角度位置时，其中开始和停止位置相同或直接相邻，等等)。

在一些示例中，方法1100的系统可以包括安装到第一平台并绕第一平台的旋转轴布置的多个磁体，类似于例如图4B中所示的设备400的磁体。在这些示例中，多个磁体可以基于多个磁体绕旋转轴的布置产生第一磁场。此外，该系统可以包括第二平台(例如，图4A所示的平台430)，被配置为响应于致动器绕轴旋转第一平台而保持在到第一平台的给定距离(例如，距离408)内。此外，在一些示例中，系统可以包括布置在第二平台中并绕旋转轴布置的多个导电结构，类似于图4C-4D中所示的设备400的导电结构。例如，与针对设备400描述的导电结构类似，多个导电结构可以形成基于多个导电结构的布置绕旋转轴延伸的导电路径。在这些示例中，框1102的致动器因此可以包括第二平台的多个导电结构和第一平台的多个磁体。

在一些示例中，方法1100还可以涉及将校准控制信号(在框1102处生成)提供到由多个结构定义的导电路径中。因此，在这些示例中，多个导电结构可以基于校准控制信号产生第二磁场；第一平台的第一磁场可以与第二平台的第二磁场相互作用，以使第一平台绕轴旋转。

在框1104，方法1100涉及从编码器(例如，传感器390、传感器490、编码器904等)接收指示第一平台绕轴的角度位置的编码器输出信号。举例来说，LIDAR 400的控制器可以从传感器490接收编码器输出信号，其可以指示图4B所示的磁体中的哪一个在平台410绕轴406旋转期间与传感器490重叠。

在一些示例中，方法1100涉及基于编码器输出信号检测第一平台绕轴的至少一个完整旋转的每个完整旋转的完成(例如，由框1102处的致动器引起)。

在第一示例中，再次参考图4B和4C，当传感器490提供指示传感器490上方存在分度磁体422的特定编码器输出信号时(即，当平台410处于绕轴406的分度角度位置时)，方法1100的系统可以检测平台410绕轴406的每个完整旋转的完成。

在第二示例中，系统可以基于传感器490提供与完整旋转开始时和完整旋转结束时的特定角度位置相关联的相同特定编码器信号检测平台410的每个完整旋转的完成。因此，特定编码器信号不必与平台410绕轴406的分度位置相关联。

更一般地，一些示例编码器测量误差可能是系统的和可重复的(即，在每个完整旋转期间以特定方式一致地发生)。例如，当平台410旋转时，每次传感器490与特定磁磁体重叠时，图4B所示磁体中特定磁体的安装位置相对于预期安装位置的偏移所导致的误差可能会导致相同的编码器测量误差。在另一个实例中，与图4B所示磁体布置的圆形或同心度相关联的误差也可能在平台410绕轴406的每个完整旋转期间基本一致。因此，在一些示例中，在框1104处接收的编码器输出信号可以提供相对可靠和/或可重复的信号，用于检测第一平台绕轴的每个完整(360度)旋转的完成。

在框1106，方法1100涉及从安装在第一平台上的朝向传感器接收指示朝向传感器的朝向变化率的传感器输出信号。例如，回到图4A，框1106的传感器输出信号可以由布置在平台410上的传感器412提供。例如，传感器412可以包括陀螺仪412，该陀螺仪412测量陀螺仪412绕轴413的朝向的变化率。

在框1108，方法1100涉及基于在至少一个完整旋转期间从朝向传感器接收的给定输出信号，确定用于将编码器输出信号映射到第一平台绕轴的角度位置的校准测量的校准数据。

举例来说，方法1100的系统可以使用来自由给定传感器输出信号指示的朝向传感器的测量，根据校准控制信号在由致动器引起的至少一个完整旋转中的每一个期间估计第一平台的给定角度位置。然后，系统可以将朝向传感器指示的角度位置的估计测量与编码器指示的角度位置的相应测量进行比较。

理想情况下，传感器和编码器测量两者应相互匹配。然而，在一些场景中，编码器测量可以包括各种测量误差。例如，返回参考图4B，编码器测量可以包括由安装在平台410上的多个磁体中的一个或多个相对于磁体的预期位置失准引起的误差。作为另一个示例，图4B中所示的磁体布置的圆度可能会偏离预期的圆度。编码器测量误差的其他示例源是可能的，诸如意外的磁性(例如，极化方向、磁场强度等)。因此，与这种失准配置相关联的编码器输出信号可能不同于与编码器的各种组件的对准配置相关联的预期编码器输出信号。例如，返回参考图5，这种失准可能导致图5中所示的X、Y和Z信号所指示的磁场强度具有与所示的基本均匀正弦信号形状不同的形状。

因此，在一些示例中，1100的系统可以在框1108通过将编码器指示的视在角度位置与来自朝向传感器的给定传感器输出信号指示的第一平台的相应估计角度位置进行映射，确定校准数据(例如，查找表、快速傅立叶变换(FFT)系数或任何其他类型的校准数据)。

在一些示例中，方法1100涉及基于给定传感器输出信号在第一平台绕轴的至少一个完整旋转期间估计第一平台的旋转率；以及基于估计的旋转率调制校准控制信号。例如，返回参考图4A，方法1100的系统可以使用来自朝向传感器412的传感器输出信号来驱动平台410的旋转率朝向目标旋转率。例如，通过这种方式，可以控制或减小与朝向传感器412相关联的测量误差(例如，比例因子误差)(例如，通过将传感器412的朝向变化率保持在零或接近零的值来减小比例因子误差)。因此，在一些示例中，调制校准控制信号可选地包括基于估计旋转率和目标旋转率之间的差来调制校准控制信号。

在一些示例中，方法1100涉及基于传感器输出信号(在框1106接收)和编码器输出信号(在框1104接收)在第一平台绕轴的至少一个完整旋转期间调制校准控制信号。举例来说，方法1100的系统可以使用编码器输出信号来监视每个完整旋转的开始和结束之间的各个时间段(从而在每个各个时间段期间控制旋转率)；并且还使用传感器输出信号来控制每个时间段期间第一平台的旋转率的均匀性(例如，通过将朝向传感器的方向变化率的幅度保持在接近零或其他目标速率等)。

在一些示例中，框1104的编码器是磁编码器。例如，磁编码器可以包括绕第一平台的旋转轴布置的多个磁体，类似于图4B所示的设备400的磁体。此外，例如，磁编码器还可以包括类似于图4C所示的传感器490的磁场传感器。在这些示例中，方法1100还可以涉及基于校准数据识别磁编码器中的缺陷。

在第一示例中，识别磁编码器中的缺陷包括识别多个磁体中位于偏离多个磁体绕旋转轴的布置中的特定磁体的预期位置处的特定磁体。例如，返回参考图4B，如果磁体424位于与图4B所示位置不同的位置，然后，传感器490在传感器490与磁体422重叠时的第一个角度位置和传感器490与426重叠时的第二个角度位置之间测量的磁场角度可能不对应于如果磁体424安装在正确位置则将被测量的预期磁场角度。因此，方法1100的系统可以基于传感器490指示的平台410的第一和第二角度位置之间的给定编码器输出信号，识别磁体424的实际位置和预期位置之间的偏移。例如，系统可以将校准数据与先前收集的校准数据进行比较，以检测缺陷的发生。

在第二示例中，识别磁编码器中的缺陷包括基于具有偏离预期磁特性的特定磁特性的特定磁体识别多个磁体中的特定磁体。例如，特定磁性可以对应于特定磁体的磁场强度、磁极化方向、大小和/或形状中的任何一个。例如，类似于上述特定磁体的偏移安装位置的示例，可以基于对相关给定编码器输出信号(例如，当平台410在与磁体422相关联的第一角度位置和与磁体426相关联的第二角度位置之间旋转时传感器490的输出)的相应变化来检测特定磁体的各种磁特性的其他变化。

在第三示例中，设备包括安装在与第一平台相对的第二平台上的磁场传感器。在该示例中，识别磁编码器中的缺陷包括识别第一平台的旋转轴和第二平台的法向轴之间的失准。例如，返回参考图4A，失准可能对应于平台410的旋转轴406不垂直于平台430的表面430a(例如，如图4C所示安装传感器490的表面)的情况。在该示例中，由图4B所示的多个磁体在表面430a处相对于轴406产生的第一磁场的同心度可以偏离预期同心度(例如，与第一磁场均匀相交的几何平面可能不平行于表面430a)。因此，在每个完整旋转期间，传感器490指示的磁场强度的测量可以包括正弦测量误差分量，该误差分量与安装传感器490的表面430a的轴406和法向轴之间的失准引起的第一磁场同心度偏移相关联。反过来，例如，方法500的系统可以基于由校准数据指示的正弦测量误差分量的特性来识别轴406和表面430a的法向轴之间的偏移。

在一些示例中，方法1100涉及基于校准数据，识别编码器输出信号和由来自朝向传感器的给定传感器输出信号指示的第一平台的角度位置的估计测量之间的映射的正弦特性。

在第一示例中，如上所述，正弦特性可以指示第一平台的旋转轴和与第一平台相对的第二平台的法向轴之间的失准。

在第二示例中，正弦特性可以指示多个磁体在第一平台上的安装位置中的偏移。例如，如果图4B中所示的磁体之间的实际距离偏离预期的均匀距离，则当传感器490重叠两个彼此不均匀分离的磁体之间的区域时，正弦测量误差可能导致传感器490的输出信号(例如，与在磁体的圆形布置中均匀分离的其他对磁体相比)。因此，可以以与确定与第二平台的旋转轴和法向轴的失准相关联的正弦特性类似的方式来确定此类测量误差的正弦特性。

在这些示例中，方法110还可任选地涉及基于正弦特性的识别生成(框1108的)校准数据的压缩表示；以及将压缩表示存储在数据存储中。例如，方法1100的系统可以计算指示所识别的正弦特性的快速傅里叶变换(FFT)系数，而不是存储朝向传感器指示的测量值与编码器指示的相对应的测量值之间的未压缩的映射(例如，查找表)。以这种方式，例如，压缩的校准数据(例如，FFT系数)可以存储在减少的存储器空间(例如，数据存储214等)中和/或可以用于以计算有效的方式将编码器输出信号与校准的角度测量映射。

在一些示例中，方法1100的设备可以安装在车辆上，该车辆被配置为至少基于来自该设备的数据来导航环境。例如，返回参考图1B，车辆100可以被配置为使用设备400(如图4A-4D所示)测量车辆100绕轴114的偏航方向。在此示例中，车辆还可以包括导航系统(例如，车辆200的导航系统248)，被配置为使用偏航方向的测量在环境中导航车辆(例如，在自主模式下等)。

在一些示例中，方法1100可以涉及确定车辆是否在环境中移动；以及基于确定车辆未在环境中移动，启用设备的校准模式。此外，在这些示例中，在框1102生成校准控制信号可以基于启用的校准模式。例如，返回参考图2，车辆200可以包括测量车辆运动的一个或多个传感器(例如，GPS 226、IMU228等)。因此，在此示例中，如果确定车辆当前静止，则车辆200可以启用校准模式。另外或替代地，例如，车辆可以响应于确定车辆在环境中移动而启用设备的感测模式和/或禁用校准模式。

因此，在一些示例中，方法1100可以涉及至少基于确定车辆在环境中移动来禁用设备的校准模式；和/或基于禁用的校准模式生成用于控制致动器的感测模式控制信号。在这些示例中，感测模式控制信号可以使致动器旋转第一平台：(i)沿与由传感器输出信号指示的朝向传感器的朝向变化方向相反的旋转方向，以及(ii)以基于由传感器输出信号指示的朝向传感器的朝向的变化率的旋转率。例如，根据上面的讨论，系统1100的系统可以通过调制感测模式控制信号来在感测模式下操作设备，以减小朝向传感器的测量幅度，从而驱动第一平台对抗由传感器输出信号指示的朝向传感器的旋转。结果，例如，系统可以减少由朝向传感器的传感器输出信号指示的测量的比例因子误差。

应当理解，本文描述的布置仅用于示例目的。因此，本领域技术人员将理解，可以使用其他布置和其他元素(例如，机器、接口、功能、命令和功能组等)，并且根据期望的结果，可以完全省略一些元素。此外，所描述的许多元件是功能实体，其可以被实现为离散的或分布式的元件，或与其它元件结合、以任何合适的组合和位置或可以被组合为被描述为独立结构的其它结构元件。

虽然本文公开了各种方面和实施例，但其他方面和实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是为了说明的目的，并不打算限制，真实范围由以下权利要求指示，以及这些权利要求有权获得的等价物的全部范围。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制。

Claims (22)

1.一种方法，包括：

在包括被配置为绕旋转轴旋转第一平台的致动器的设备处，生成用于控制所述致动器的校准控制信号，其中所述校准控制信号使所述致动器绕轴旋转所述第一平台至少一个完整旋转；

从编码器接收指示所述第一平台绕所述轴的角度位置的编码器输出信号；

从安装在所述第一平台上的朝向传感器接收指示所述朝向传感器的朝向变化率的传感器输出信号；以及

基于在所述至少一个完整旋转期间从所述朝向传感器接收的给定传感器输出信号，确定校准数据，所述校准数据用于将所述编码器输出信号映射到所述第一平台绕所述轴的所述角度位置的校准测量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述朝向传感器包括陀螺仪。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述编码器输出信号，检测所述第一平台绕所述轴的所述至少一个完整旋转中的每一个完整旋转的完成。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述第一平台绕所述轴的所述至少一个完整旋转期间，基于所述给定传感器输出信号估计所述第一平台的旋转率；以及

基于所估计的旋转率调制所述校准控制信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，调制所述校准控制信号包括基于所估计的旋转率和目标旋转率之间的差来调制所述校准控制信号。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述第一平台绕所述轴的所述至少一个完整旋转期间，基于所述传感器输出信号和所述编码器输出信号调制所述校准控制信号。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述编码器是磁编码器，所述方法还包括：

基于所述校准数据识别所述磁编码器中的缺陷。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述磁编码器包括安装在所述第一平台上并绕所述第一平台的所述旋转轴布置的多个磁体，其中，识别所述磁编码器中的所述缺陷包括识别所述多个磁体中位于所述多个磁体绕所述旋转轴的布置中偏离特定磁体的预期位置的所述特定磁体。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述磁编码器包括安装到所述第一平台并绕所述第一平台的所述旋转轴布置的多个磁体，其中，识别所述磁编码器中的所述缺陷包括基于具有偏离预期磁特性的特定磁特性的特定磁体识别所述多个磁体中的所述特定磁体。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述特定磁特性对应于所述特定磁体的磁场强度、磁极化方向、大小或形状。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述磁编码器包括安装到所述第一平台并绕所述第一平台的所述旋转轴布置的多个磁体，其中，识别所述磁编码器中的所述缺陷包括识别绕所述旋转轴的所述多个磁体的布置的圆度和预期圆度之间的偏移。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述磁编码器包括安装到所述第一平台并绕所述第一平台的所述旋转轴布置的多个磁体，其中所述磁编码器包括安装在与所述第一平台相对的第二平台上的磁场传感器，其中识别所述磁编码器中的所述缺陷包括识别所述第一平台的所述旋转轴和所述第二平台的法向轴之间的失准。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述校准数据，识别所述编码器输出信号和由所述给定传感器输出信号指示的所述第一平台的所述角度位置的估计测量之间的映射的正弦特性；

基于所述正弦特性的识别，生成所述校准数据的压缩表示；以及

将所述压缩表示存储在数据存储中。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，生成所述校准数据的所述压缩表示包括确定指示所识别正弦特性的快速傅里叶变换FFT系数。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设备安装在被配置为至少基于来自所述设备的数据来导航环境的车辆上，所述方法还包括：

确定所述车辆是否正在所述环境中移动；以及

至少基于确定所述车辆未在所述环境中移动，启用所述设备的校准模式，其中生成所述校准控制信号是基于启用所述校准模式的。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

至少基于确定所述车辆正在所述环境中移动，禁用所述设备的所述校准模式；以及

基于禁用所述校准模式，生成用于控制所述致动器的感测模式控制信号，

其中，感测模式控制信号使致动器旋转第一平台：(i)沿着与传感器输出信号指示的朝向传感器方向变化方向相反的旋转方向，以及(ii)以基于由传感器输出信号指示的朝向传感器的方向的变化率的旋转率。

17.一种系统，包括：

第一平台；

致动器，被配置为绕轴旋转所述第一平台；

编码器，被配置为提供编码器输出信号，所述编码器输出信号指示所述第一平台绕所述轴的角度位置；

朝向传感器，安装在所述第一平台上，被配置为提供指示所述朝向传感器的朝向变化率的传感器输出信号；以及

控制器，被配置为使所述系统执行操作，包括：

生成用于控制所述致动器的校准控制信号，其中所述校准控制信号使所述致动器绕所述轴旋转所述第一平台至少一个完整旋转；以及

基于在所述至少一个完整旋转期间从所述朝向传感器接收的给定传感器输出信号，确定校准数据，所述校准数据用于将所述编码器输出信号映射到所述第一平台绕所述轴的所述角度位置的校准测量。

18.根据权利要求17所述的系统，还包括：

多个磁体，安装到所述第一平台并绕所述第一平台的旋转轴布置，其中所述多个磁体基于所述多个磁体绕所述旋转轴的所述布置产生第一磁场；以及

第二平台，被配置为响应于所述致动器绕所述轴旋转所述第一平台而保持在到所述第一平台的给定距离内。

19.根据权利要求18所述的系统，还包括：

多个导电结构，布置在所述第二平台中，并绕所述第一平台的所述旋转轴、与所述第一平台的所述多个磁体相对布置，

其中，所述致动器包括所述第二平台的所述多个导电结构和所述第一平台的所述多个磁体，

其中，所述多个导电结构基于所述多个导电结构的布置形成绕所述旋转轴延伸的导电路径，

其中，所述控制器被配置为将所述校准控制信号提供到由所述多个导电结构定义的所述导电路径中，

其中，所述多个导电结构基于所述校准控制信号产生第二磁场，以及

其中，所述第一平台的所述第一磁场与所述第二平台的所述第二磁场相互作用，以使所述第一平台绕所述轴旋转。

20.根据权利要求18所述的系统，还包括：

磁场传感器，设置在所述第二平台的给定表面上，其中所述磁场传感器被配置为测量由所述多个磁体产生的所述第一磁场，

其中，所述编码器包括所述第一平台的所述多个磁体和所述第二平台的所述磁场传感器，以及

其中，所述编码器基于由所述磁场传感器指示的所述第一磁场的测量，提供指示所述第一平台绕所述轴的所述角度位置的所述编码器输出信号。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述操作还包括：

确定在所述至少一个完整旋转期间由所述编码器输出信号指示的所述第一平台的所述角度位置的测量中的正弦测量误差；

基于确定所述正弦测量误差与第二平台的所述给定表面处所述第一磁场相对于所述第一平台的所述旋转轴的同心度相关联，识别所述第一平台和所述第二平台的相对布置中的第一失准；以及

基于确定所述正弦测量误差与所述多个磁体的所述布置的圆度相关联，识别所述多个磁体绕所述第一平台的所述旋转轴的所述布置中的第二失准。

22.一种非暂时性计算机可读介质，存储指令，当由计算系统的一个或多个处理器执行时，所述指令使所述计算系统执行操作，包括：

生成校准控制信号，用于控制被配置为绕轴旋转平台的致动器，其中所述校准控制信号使所述致动器绕所述轴旋转所述平台至少一个完整旋转；

从编码器接收指示所述平台绕所述轴的角度位置的编码器输出信号；

从安装在所述平台上的朝向传感器接收指示所述朝向传感器的朝向变化率的传感器输出信号；以及

基于在所述至少一个完整旋转期间由所述朝向传感器提供的给定传感器输出信号，确定校准数据，所述校准数据用于将所述编码器输出信号映射到所述平台绕所述轴的所述角度位置的校准测量。

Images