DE112006003044T5 - Vielseitiges Robotersteuermodul - Google Patents

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DE112006003044T5
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mountable
control
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robot
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Pending
Application number
DE112006003044T
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English (en)
Inventor
Mikhail O. Arlington Filippov
Osa Fitch
Scott P. Still River Keller
John O'connor
David S. Zendzian
Nadim Winchester El Fata
Kevin Larsen
Arlen Eugene Meuchel
Mark David Schmaltz
James Newton Allard
Christopher A. De Roo
William Robert Norris
Andrew Julian Norby
Christopher David Glenn Erie Turner
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Deere and Co
iRobot Corp
Original Assignee
Deere and Co
iRobot Corp
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Abstract

Ein Robotersteuermodul zur Verwendung bei einer mobilen Roboterplattform, umfassend:
ein montierbares Gehäuse;
ein Prozessormodul in dem montierbaren Gehäuse mit einem Prozessor und einem Speicher, wobei das Prozessormodul dazu in der Lage ist, Robotersteuerverläufe auszuführen und zwischen diesen zu vermitteln;
ein umprogrammierbaren Aktuatorcontroller, der zur Kommunikation mit dem Prozessormodul in der Lage ist, wobei der umprogrammierbare Aktuatorcontroller in dem montierbaren Gehäuse angeordnet ist und dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale basierend wenigstens teilweise auf den Robotersteuerverläufen auszugeben;
einen Aktuatorkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist, wobei der Aktuatorkonnektor in Kommunikation mit dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller ist und dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale zu übertragen;
einen Paketnetzschalter innerhalb des montierbaren Gehäuses; und
einen Netzkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und zur Verbindung mit einem Paketnetz in der Lage ist und mit dem Paketnetzschalter kommuniziert, wobei das Prozessormodul dazu in der Lage...

Description

  • BEZOGENE ANMELDUNGEN
  • Diese Erfindung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional Patent Application Nr. 60/729,445 vom 21. Oktober 2005, U.S. Provisional Patent Application Nr. 60/729,388 vom 21. Oktober 2005, U.S. Provisional Patent Application No. 60/780,389 vom 08. März 2006 und U.S. Provisional Patent Application Nr. 60/838,704 vom 18. August 2006, die hier alle durch Bezugnahme vollständig einbezogen werden.
  • Diese Erfindung bezieht sich auf die PCT-Patentanmeldung mit der Bezeichnung „System und Verfahren zum Umschalten zwischen einem autonomen und einem manuellen Betrieb eines Fahrzeugs" [Anwaltsaktenzeichen Nr. 56516/336357], die PCT-Patentanmeldung mit der Bezeichnung „System und Verfahren zum Vermeiden von Hindernissen" [Anwaltsaktenzeichen Nr. 56516/336401] und die PCT-Patentanmeldung mit der Bezeichnung „Vernetzwerktes Mehrfunktions-Roboterfahrzeug" [Anwaltsaktenzeichen Nr. 56516/336403], die gleichzeitig eingereicht werden und hier durch Bezugnahme vollständig einbezogen werden.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme und Verfahren zur autonomen Steuerung von Fahrzeugen und Fahrzeugsensoren, Aktuatoren und/oder Kommunikationen. Insbesondere beziehen sich Ausführungsbeispiele dieser Erfindung auf ein vielseitiges Robotersteuermodul und Systeme und Verfahren, die das Robotersteuermodul zur Steuerung des autonomen Betriebs eines Fahrzeugs und/oder Fahrzeugsensoren, Aktuatoren und/oder Kommunikationen verwenden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Roboterfahrzeuge oder autonome Fahrzeuge (manchmal als mobile Roboterplattformen bezeichnet) haben im Allgemeinen ein Robotersteuersystem, das die operativen Systeme des Fahrzeugs steuert. Bei einem Fahrzeug, das auf eine Transportfunktion begrenzt ist, können die operativen Systeme die Steuer-, Brems-, Getriebe- und Drosselsysteme beinhalten. Im Oktober 2005 haben fünf derartige autonomen Fahrzeugen (von 23 an der Endrunde teilnehmenden Fahrzeugen) die „Grand Challenge" des United States Defense Advanced Research Projects Administration (DARPA) erfolgreich beendet, ein Wettbewerb, der von vollständig autonome Fahrzeuge fordert, eine Strecke, die mehr als einhundert Meilen beträgt, zu bewältigen. Diese Fahrzeuge waren mit Robotersteuersystemen ausgebildet, wobei eine Reihe von Computern alle operativen Systeme des Fahrzeugs steuerten, wie das Lenken, das Bremsen, die Kraftübertragung und das Drosseln in Abhängigkeit von autonomen Entscheidungen, die von Programmen an Bord des Fahrzeugs in Antwort auf einen Sensoreingang ausgeführt werden, ohne eine menschliche Intervention auf der Strecke selbst.
  • Derartige autonome Fahrzeuge haben im Allgemeinen ein zentralisiertes Robotersteuersystem zur Steuerung der operativen Systeme der Fahrzeuge. Eine typische Ausbildung ist ein Regalgestell mit mehreren 1U oder 2U mit PCs in einer „Blade-Server" Konfiguration (drei der das Ziel erreichenden Fahrzeugen hatten sechs oder mehr dieser Rechner) und/oder Server der Workstation-Klasse (Itanium, Xeon). Viele derartiger Fahrzeuge weisen eine Wandlung von haushaltsüblicher AC-Spannung in Gleichspannung und sodann das Einstecken in die Kontrollrechner (wie in einem Büro) auf. Andere Leistungsversorgungen sind spezifisch oder dem Sensor oder Aktuator eigen. Verschiedene Dieselgeneratoren wurden zur Erzeugung von bordeigener Spannung für die Reihe von Computern verwendet. Die Aktuatorsteuerung und Verstärkung/Antrieb werden typischerweise von gesonderten Motorsteuerungen und Verstärkern ausgeführt, die nahe den betriebenen Systemen angeordnet sind. Diese zentralisierten Robotersteuersysteme sind im Allgemeinen sperrig und nehmen einen erheblichen Betrag des Raumes in dem Fahrzeug ein. Beispielsweise hatten einige dieser Fahrzeuge überhaupt keinen Raum für einen Fahrgast. Raumersparnis ist ganz allgemein ein Problem bei autonomen Fahrzeugen, insbesondere aber bei solchen, die auch als bemannte Fahrzeuge verwendet werden können. Bei kombinierten bemannten/autonomen Fahrzeugen ist es erwünscht, keinen Raum zu benötigen, die für Personen oder Nutzlast verwendet wird. Bei Hochtoleranzfahrzeugen in extremer Umgebung, etwa militärischen Fahrzeugen, ist Raum von hoher Bedeutung, wo wenig Gewicht oder Raum zusätzlich zur Verfügung steht.
  • Einige militärische Fahrzeuge wurden für einen autonomen Betrieb angepasst. In den U. S. wurden einige Panzer, bemannte Trägerfahrzeuge (beispielsweise Stryker) und andere Fahrzeuge für eine autonome Verwendbarkeit angepasst. Im Allgemeinen sind diese jedoch auch in einer bemannten Weise zu verwenden. Die Programme sind zwar in einigen Bezügen den Grand Challenge Fahrzeugen ähnlich, wenigstens da sie typischerweise eine großen zentrale Verarbeitungsbox und einen Satz von Spannungsversorgung, Sensorsteuerung, Motorsteuerung und Kommunikationseinheiten, die jeweils geschützt sind und die jeweils die Nutzlast-, Fracht- oder Passagierräume betreffen, haben.
  • Eine kurze Aufstellung einiger der Probleme, die sich bei fast allen dieser Fahrzeuge finden, schließt ein:
    • 1) Jede signifikante Zufügung von buchstäblich jeder Art von Ressource – Sensor, Aktuator, Rechner oder Kommunikationen oder anderem – erfordert eine erhebliche Neugestaltung: das Schaffen einer geeigneten Leistung oder Betätigung, das Führen der Leistung zu der Ressource, das Schaffen geeigneter Kommunikationskanäle, das Routen von Kommunikationslinien, das Aufnehmen oder Befestigen, das Wärmebudget, elektromagnetisches Rauschen, das Schaffen von Rechnerkapazität und das Verarbeiten zum Steuern dieser Ressource.
    • 2) Jede Lösung ist für das angepasste Fahrzeug gebaut und kann typischerweise nicht bei anderen Fahrzeugen verwendet werden (außer bei Fahrzeugen mit einem ähnlichen Aufbau). Die Leistung, die Netzwerkkommunikationen, die Aktuatorsteuerung sind ad hoc ausgebildet. Kein das gesamte Fahrzeug erfassendes Netzwerk ist dafür vorgesehen.
    • 3) Wie oben erwähnt, sind die Fahrgastbereiche und/oder die Nutzlastbereiche typischerweise beeinträchtigt, wenn das Fahrzeug nicht ganz groß ist. Auch wenn der Fahrgastbereich oder der Nutzlastbereich verwendbar bleiben, sind sie im Hinblick auf die freilie gende Verdrahtung, exponierte Wärmesenken oder exponierte Elektronik in den Passagierräumen oder Nutzlasträumen nicht für einen Langzeitzweck verwendbar.
    • 4) Niemand berücksichtigt die Probleme des Überlebens oder der Wartung bezüglich des Warenlagers (wichtig für Hochtoleranzfahrzeuge bei extremer Umgebung, die in Flotten zu verwalten sind, wie bei Not- oder militärischen Fahrzeugen).
  • Das Standard Teleoperation Systems (STS), Standard Robotics System (SRS) oder Common Robotics System (Omnitech Robotics International, Englewood, CO) waren Versuche zum Vorsehen eines Bausatzes, der für einen weiten Bereich von Fahrzeugen zur Fernbedienung akzeptierbar ist. Das STS, SRS oder CRS sind robuste Elemente für eine große Vielzahl von funktionalen Einheiten. Beispielsweise sind eine Fahrzeugsteuereinheit, eine Spannungssystemeinheit, eine Systemeingabe/Ausgabe-Einheit, eine mobile Radioeinheit, eine Video-Multiplexereinheit und verschiedene andere Systemelemente jeweils eine gesonderte Einheit, die mit den anderen über einen CAN Bus oder eine RS-232 Serienkonnektion zu verbinden ist. Ein Element, das 17 Kilogramm schwer ist und ein Volumen von 8 Litern hat, ein „Hochintegrationsaktuator", weist einen linearen Aktuator (Motor) als auch Positions- und Rückkopplungssensoren; einen Leistungsverstärker; eine digitalen Servoprozessor und einen Mikrokontroller mit einer CAN Schnittstelle auf. Der Prozessor und der Mikrokontroller werden zum Steuern des Motors verwendet, der in die Einheit eingebunden ist und sind nicht rekonfigurierbar oder für andere oder eine andere Steuerung außer den Motoren oder Sensoren verfügbar. Diese Einheit ist im Wesentlichen eine integrierte Motoreinheit, ein so genannter „smarter Aktuator".
  • Während das Omnitech's Standard Robotics System adaptiert ist für einen weiten Bereich von Fahrzeugen, einschließlich Traktoren, Gabelstaplern, Erdbaumaschinen, Minenräumfahrzeugen, hat dieses System verschiedene Nachteile für eine autonome/manuelle Verwendung. Es ist etwas mehr integriert als die adaptierten Fahrzeuge, die oben diskutiert sind, aber nur bei einer Verwendung seiner eigenen Aktuatoren. Es fehlt jede Fähigkeit für eine Kommunikation über eine große Bandbreite, die für eine autonome Verwendung notwendig ist (d. h. zum Tragen von interpretierbaren und interpretierten Sensordaten für eine überwachte Robotersteuerung) und, wenn eine solche hinzugefügt wird, würde mehr Masse hinzugefügt. Keine Komponente einschließlich der Fahrzeugsteuereinheit, weist eine ausreichende Rechenleistung für ein autonomes Verhalten (beispielsweise gewöhnlicherweise 500–1000 MIPS, obwohl weniger möglich ist mit weniger Selbstständigkeit) auf. Das Fehlen der Fähigkeit zur automatischen Steuerung bringt notwendigerweise das Fehlen der Fähigkeit für eine selbstständige Sicherheitsverwaltung mit sich (beispielsweise teilweise Fernbedienung, bei der, beispielsweise, ein Hindernisvermeidungsverhalten von der Operatorsteuerung außer Kraft gesetzt werden kann). Es ist auf seine eigene Aktuatorausrüstung beschränkt. Eine gesonderte Leistungsversorgung ist Teil dieses Systems, es kann jedoch für Laserscanner oder Sender nicht geeignet sei, die (neben anderen Komponenten) bezüglich der Leistungsqualität und dem EM Rauschen empfindlich sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen Robotersteuermodule zur Verwendung in einem Robotersteuersystem eines Fahrzeugs einschließlich Strukturen, Systeme und Verfahren, die schaffen (i) ein Robotersteuermodul, das mehrere Funktionskreise hat, etwa einen Prozessor und zugehörige Schaltungen, einen Aktuatorkontroller, einen Aktuatorverstärker, einen Datenpaketnetzwerkschalter und eine Spannungsversorgung, die in einem montierbaren und/oder stapelbaren Paket/Gehäuse integriert ist; (ii) ein Robotersteuermodul, mit der bekannten Ergänzung von Schaltungen, die zum Reduzieren der Wärme ausgebildet sind, Reduzieren des Raums, Komponenten, die gegenüber elektromagnetischen Rauschen abzuschirmen sind; (iii) ein Robotersteuersystem unter Verwendung von Robotersteuermodulen, die eine ausreichende Austauschbarkeit haben, die das Austauschen von Modulen erlaubt; und (iv) ein Robotersteuersystem, das zu der Funktionalität und der Verarbeitung unter einer Mehrzahl von Robotersteuersystemen in einem Fahrzeug beiträgt, d. h. besonders bevorzugt ohne einen zentralen Rechenort.
  • Zum Beispiel weist bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Robotersteuereinheit zur Verwendung in einem autonomen Fahrzeug eine Robotersteuervorrichtung für eine mobile Roboterplattform auf mit: einem montierbaren Gehäuse, einem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller in dem montierbaren Gehäuse, einem Aktuatorkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und ein Signal zum Betreiben des Aktuators kommuniziert, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller moduliert wird, einen Paketnetzwerkschalter innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren, die auf der Außenseite des montierbaren Gehäuses zugänglich sind, dazu in der Lage sind, mit einem Paketnetzwerk zu verbinden und mit dem Paketnetzwerkschalter kommunizieren, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle für den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller wiederzugeben; und eine Spannungsversorgung in dem montierbaren Gehäuse, wobei die Spannungsversorgung nicht geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform über einen Spannungseingang zu dem montierbaren Gehäuse aufnimmt und die ungeregelte Spannung in interne geregelte Spannung für den Paketnetzwerkschalter und den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und in außen regulierte Leistung wandelt, einem Spannungsversorgungskonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses verfügbar ist, der zur Verbindung mit der äußeren regulierten Leistung verbunden werden kann. Diese Ausbildung hat die oben beschriebenen Vorteile.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Robotersteuervorrichtung für die mobile Roboterplattform kann das Signal zum Betreiben des Aktuators ein Aktuatorsteuersignal für einen Aktuatorverstärker sein, der von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller moduliert wird. Das Signal zum Antreiben des Aktuators kann ein Aktuatorantriebssignal von einem Aktuatorverstärker sein, der von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und dem Aktuatorverstärker moduliert wird. Der umprogrammierbare Aktuatorkontroller kann einen digitalen Signalprozessor, eine programmierbare Logikeinheit oder ein Gatterfeld (oder eine äquivalente logische Einheit) aufweisen, wobei wenigstens ein Teil der Rechen fähigkeit des umprogrammierbaren Aktuatorkontrollers andere Signale steuert als ein Signal zum Antrieb des Aktuators (oder aber einen anderen Code, etwa einen CAN Protokollstapel) ausführt.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Robotersteuervorrichtung für eine mobile Roboterplattform auf: ein montierbares Gehäuse; einen umprogrammierbaren Aktuatorkontroller in dem montierbaren Gehäuse, der dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale in dem montierbaren Modul auszugeben; einen Aktuatorverstärker in dem montierbaren Gehäuse, der das Aktuatorsteuersignal von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller empfängt, einen Aktuatorkonnektor, der an der von außerhalb des montierbaren Moduls, das mit dem Aktuatorsignal kommuniziert, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und dem Aktuatorverstärker moduliert wird, zugänglich ist; einen Paketnetzwerkschalter innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei jeder aus der Mehrzahl von Netzwerkwerkkonnektoren, die von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich sind, dazu in der Lage ist, mit einem Paketnetzwerk verbunden zu werden und mit dem Paketnetzwerkschalter kommuniziert, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle für den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller weiterzugeben; und eine Spannungsversorgung innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei die Spannungsversorgung eine nicht-geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform durch einen Spannungseingang zu dem montierbaren Gehäuse aufweist und die nicht-geregelte Spannung in eine interne geregelte Spannung für den Paketnetzwerkschalter und den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und in eine äußere geregelte Spannung umwandelt, einen Spannungsversorgungskonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist, dazu in der Lage ist, mit der äußeren geregelten Spannung verbunden zu werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Robotersteuervorrichtung für eine mobile Roboterplattform auf: ein montierbares Gehäuse; eine Mikroprozessorplatine mit einem dynamischen Speicher zur Codeausführung und einem einen Code speichernden nicht flüchtigen Speicher in dem montierbaren Modul, wobei die Mikroprozessorplatine dazu in der Lage ist, Verläufe der Robotersteuerung auszuführen und zwischen diesen zu arbitrieren; einen umprogrammierbaren Aktuatorkontroller innerhalb des montierbaren Gehäuses, der dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale innerhalb des montierbaren Gehäuses entsprechend den Robotersteuerverhalten auszugeben; einen Aktuatorverstärker innerhalb des montierbaren Gehäuses, das das Aktuatorsteuersignal von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller empfangt, einen Aktuatorkonnektor, der mit dem äußeren des montierbaren Gehäuses verbindbar ist, das mit einem Aktuatorantriebssignal kommuniziert, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und dem Aktuatorverstärker moduliert wird; ein Paketnetzwerkschalter innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren von außerhalb des montierbaren Gehäuses verfügbar sind, die dazu in der Lage sind, ein Paketnetzwerk zu verbinden und mit dem Paketnetzwerk zu kommunizieren, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle für den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller weiterzugeben; und eine Spannungsversorgung innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei die Spannungsversorgung eine nicht-geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform über eine Spannungseingabe des montierbaren Gehäuses aufnimmt und die nicht-geregelte Spannung in eine innere geregelte Spannung für die Mikroprozessorplatine, den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und den Paketnetzwerkschalter und in eine äußere geregelte Spannung wandelt, wobei der Spannungsversorgungskonnektor, der von außen des montierbaren Gehäuses zugänglich ist, dazu in der Lage ist, die Verbindung zu der äußeren geregelten Spannung herzustellen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Robotersteuervorrichtung für eine mobile Roboterplattform auf: ein montierbares Gehäuse; eine Mikroprozessorplatine mit einem dynamischen Speicher zur Codeausführung und einem einen Code speichernden nicht flüchtigen Speicher in dem montierbaren Gehäuse, wobei die Mikroprozessorplatine dazu in der Lage ist, Verläufe der Robotersteuerung auszuführen und zwischen diesen zu arbitrieren; einen Paketnetzwerkschalter innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren von außerhalb des mon tierbaren Gehäuses zugänglich ist, die dazu in der Lage sind, ein Paketnetzwerk zu verbinden und mit dem Paketnetzwerkschalter kommunizieren, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle von der Mikroprozessorplatine weiterzugeben; und eine Spannungsversorgung innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei die Spannungsversorgung eine nicht-geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform über eine Spannungseingabe des montierbaren Gehäuses aufnimmt und die nicht-geregelte Spannung in eine innere geregelte Spannung für die Mikroprozessorplatine, den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und den Paketnetzwerkschalter und in eine äußere geregelte Spannung wandelt, wobei der Spannungsversorgungskonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist, dazu in der Lage ist, die Verbindung zu der äußeren geregelten Leistung herzustellen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Robotersteuervorrichtung für eine mobile Roboterplattform auf: ein montierbares Gehäuse; eine Mikroprozessorplatine mit einem dynamischen Speicher zur Codeausführung und einem einen Code speichernden nicht flüchtigen Speicher in dem montierbaren Gehäuse, wobei die Mikroprozessorplatine weiter eine Mehrzahl von Protokoll-Transceivern enthält und dazu in der Lage ist, einen Transceiver-Beobachtungscode auszuführen, einen Mehrstift-Konnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und dazu in der Lage ist, mit der Mehrzahl von Protokoll-Transceivern zu kommunizieren, einen umprogrammierbaren Aktuatorkontroller innerhalb des montierbaren Gehäuses, der dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale innerhalb des montierbaren Gehäuses auszugeben; einen Aktuatorverstärker innerhalb des montierbaren Gehäuses, das das Aktuatorsteuersignal von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller empfängt, einen Aktuatorkonnektor, der mit dem äußeren des montierbaren Gehäuses verbindbar ist, das mit einem Aktuatorantriebssignal kommuniziert, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und dem Aktuatorverstärker moduliert wird; ein Paketnetzwerkschalter innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich sind, die dazu in der Lage sind, ein Paketnetzwerk zu ver binden und mit dem Paketnetzwerk weiter kommuniziert, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle für den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller weiterzugeben; und eine Spannungsversorgung innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei die Spannungsversorgung eine nicht-geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform über eine Spannungseingabe des montierbaren Gehäuses aufnimmt und die nicht-geregelte Spannung in eine innere geregelte Spannung für die Mikroprozessorplatine, den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und den Paketnetzwerkschalter und in eine äußere geregelte Spannung wandelt, und einen Spannungsversorgungskonnektor, der von außen des montierbaren Gehäuses zugänglich ist, dazu in der Lage ist, die Verbindung zu der äußeren geregelten Leistung herzustellen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Robotersteuereinheit für eine Verwendung bei einem autonomen Fahrzeug auf: ein einziges Gehäuse; eine Spannungsversorgung, die in dem Gehäuse angeordnet ist, ein Prozessormodul, das in dem Gehäuse angeordnet ist, einen Motorkontroller, der in dem Gehäuse angeordnet ist, einen Motorverstärker, der nahe dem Motorkontroller in dem Gehäuse angeordnet ist; und einen Ethernet-Schalter/Router, der in dem Gehäuse angeordnet ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Robotersteuereinheit für eine Verwendung in einem autonomen Fahrzeug auf: ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse angeordneten Prozessor, wobei die Robotersteuereinheit dazu in der Lage ist, wenigstens einen Motor, der mit einem Betriebssystem für das autonome Fahrzeug zugehörig ist, zu steuern, und wobei die Robotersteuereinheit dazu in der Lage ist, nicht-geregelte Fahrzeugspannung aufzunehmen und eine geregelte Spannung auszugeben.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Robotersteuereinheit für eine mobile Roboterplattform auf: ein Gehäuse, das als ein flaches rechteckiges Prisma mit sechs flächigen Platten ausgebildet ist, wobei die vordere und die rückwärtige Fläche des Gehäuses als die kleinsten Flächenplatten der sechs Flächenplatten definiert ist; eine erste Schaltungsplatine, die in dem Gehäuse sich von der Frontfläche zu der rückwärtigen Fläche erstreckend angeordnet ist, wobei die erste Schaltplatine einen Signalprozessor aufweist, der für elektromagnetisches Rauschen empfindlich ist, angeordnet in Richtung auf die Frontfläche des Gehäuses; eine zweite Schaltungsplatine in dem Gehäuse parallel zu der ersten Schaltungsplatine sich von der Frontfläche zu der rückwärtigen Fläche erstreckend angeordnet ist, wobei die zweite Schaltkarte einen Motorverstärkungsinduktor und einen Spannungsversorgungsinduktor aufweist, die beide in Richtung auf die rückwärtige Fläche des Gehäuses angeordnet sind und beide elektromagnetisches Rauschen erzeugen; und eine dritte Schaltungsplatine in dem Gehäuse parallel sowohl zu der ersten als auch zu der zweiten Schaltungsplatine und zwischen der ersten Schaltungsplatine und der zweiten Schaltungsplatine angeordnet ist, wobei die dritte Schaltungsplatine den Signalprozessor vor elektromagnetischem Rauschen abschirmt, das von dem Motorverstärkungsinduktor und dem Spannungsversorgungsinduktor erzeugt wird.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel können die erste Schaltungsplatine und die zweite Schaltungsplatine zwischen sich ein flaches Zwischenvolumen definieren, wobei sowohl der Motorverstärkungsinduktor, der Spannungsversorgungsinduktor als auch die dritte Schaltungskarte und wenigstens einige wenige Komponenten der ersten Schaltungsplatine und der zweiten Schaltungsplatine sich in das flache Zwischenvolumen um einen Betrag erstrecken, bei dem die ersten Komponenten der ersten Schaltungsplatine und der zweiten Schaltungsplatine sich innerhalb des flachen Zwischenvolumens überlappen. Die Robotersteuerungseinheit für eine mobile Roboterplattform kann weiter so konfiguriert sein, dass das Gehäuse aus einem wärmeleitfähigen Material besteht, wobei die erste Schaltplatine eine Versorgungsschaltung aufweist, die interne Wärme erzeugt, wobei die Platine mit dem Gehäuse über einen direkten wärmeleitfähigen Pfad verbunden ist und die zweite Schaltkarte eine Motorverstärkungsschaltung aufweist, die eine innere Wärme aufweist, die mit einem Modul über einen direkten wärmeleitfähigen Pfad verbunden ist, so dass das Gehäuse als eine Wärmesenke sowohl für die Spannungsversorgungsschaltung als auch für die Motorverstärkerschaltung wirkt. Die Motorverstärkungsschaltung, die eine innere Wärme erzeugt, kann eine Mehrzahl von FET oder MOSFET (oder andere Klassen von Transistoren, die für denselben Zweck verwendet werden) aufweisen und die FET oder MOSFET können jeweils angeordnet sein, um das Gehäuse direkt zu kontaktieren, mit dem Gehäuse so verbunden, dass das Gehäuse als eine Wärmesenke für die Mehrzahl von FET oder MOSFET wirkt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Verfahren zum Anpassen einer existierenden mobilen Plattform mit einer Robotersteuereinheit auf und schließt ein: Bilden einer Mehrzahl von montierbaren Modulen als flache rechteckige Prismen von sechs Flächenplatten, wobei die vordere und rückwärtige Fläche jedes montierbaren Moduls auf den kleinsten Flächenplatten der sechs Flächenplatten definiert ist, die Front- und rückwärtigen Flächen unter sich einen Spannungseingang, einen Aktuatorkonnektor, eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren und einen Spannungsversorgungskonnektor aufgeteilt haben; Auswählen einer Mehrzahl von Montageorten für die Mehrzahl von montierbaren Modulen auf der existierenden mobilen Plattform, wobei wenigstens einige der Montageorte einen Leerraum in den Innenräumen der existierenden mobilen Plattform sind, durch die kein sich bewegender Teil verläuft; Montieren einer Mehrzahl von montierbaren Modulen innerhalb der Montageorte; Verbinden aller der montierbaren Module zum Bilden eines Kommunikationsnetzwerkes unter den Netzwerkkonnektoren; Verbinden aller montierbarer Module über den Leistungseingang mit einer Leistungsquelle der existierenden mobilen Plattform; Verbinden ausgewählter der montierbaren Module mit einem entsprechenden Aktuator in der Nähe zu diesem, um über den Aktuatorkonnektor betrieben zu werden; und Verbinden ausgewählter der montierbaren Module mit einem entsprechenden Sensor in der Nähe zu diesem, um von der Spannungsversorgung versorgt zu werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel sind die montierbaren Module bezüglich der Größe und der Funktionalität identisch. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die montierbaren Module unterschiedlich sein. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind alle inneren Komponenten und äußeren Komponenten identisch, was eine einfache „Austausch"-Wartung in einem Depot erlaubt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren der Vorwärts- oder Retro-Anpassung eines Fahrzeugs für eine selbständige Steuerung auf, mit: Identifizieren von Leerraum in einem Fahrzeug; Verteilen einer Mehrzahl von Robotersteuereinheiten in dem Leerraum, wobei die Robotersteuereinheiten jeweils eine Spannungsversorgung und einen Prozessor und wenigstens einen Motorkontroller und/oder einen Motorverstarker und/oder einen Ethernet-Schalter/Router aufweisen; und Verbinden der Robotersteuereinheiten derart, dass die Robotersteuereinheiten miteinander kommunizieren können und mit wenigstens einem Betriebssystem des Fahrzeugs kommunizieren können.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Roboterkit zur Verwendung bei einem Fahrzeug auf: wenigstens eine Robotersteuereinheit mit einem einzigen Gehäuse, das konfigurierbar ist, um wenigstens drei der folgenden Einheiten aufzuweisen: eine Spannungsversorgung, einen Ethernet-Schalter/Router, eine Motorsteuerung, einen Motorverstärker oder einen Prozessor in dem Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Größe hat, um in einen verfügbaren Leerraum in dem Fahrzeug zu passen. Die Erstreckungen der Robotersteuereinheit können maximal 5 Inch × 8 Inch × 10 Inch betragen. Die Dimensionen sind jedoch bevorzugt 200 mm × 250 mm × 50 mm in +/– 50 mm Schritten (natürlich ist die 50 mm Erstreckung eine minimale Führungsgröße).
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Robotersteuersystem für eine mobile Roboterplattform auf: eine Mehrzahl von austauschbaren montierbaren Modulen, wobei jedes austauschbare mobile Modul einen Spannungseingang, einen Aktuatorkonnektor, eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren und einen Spannungsversorgungskonnektor, die von der Außenseite des austauschbaren montierbaren Moduls zugänglich sind, aufweist, wobei jedes austauschbare montierbare Modul aufweist: einen Aktuatorkontroller, der ein Signal zum Betreiben des Aktuators, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller mo duliert wird, kommuniziert, einen Paketnetzwerkschalter, wobei der Netzwerkkonnektor zur Verbindung eines Paketnetzwerkes in der Lage ist und mit dem Paketnetzwerkschalter kommuniziert, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle für den Aktuatorkontroller weiterzugeben; und eine Spannungsversorgung, wobei die Spannungsversorgung eine nicht geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform durch den Spannungseingang empfängt und die nicht geregelte Spannung in eine interne geregelte Spannung für den Paketnetzwerkschalter und den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und in eine äußere geregelte Spannung wandelt, wobei der Spannungsversorgungskonnektor mit der äußeren geregelten Spannung verbunden ist; und einen Speicher, der einen ausführbaren Code aufweist, wobei jedes austauschbare montierbare Modul konfigurierbar ist, um einen ausgewählten Teil des ausführbaren Codes auszuführen derart, dass jedes aus der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen mit vielen möglichen austauschbaren Codeteilen für unterschiedliche modulare Aufgaben vorgesehen ist und jedes der Mehrzahl von austauschbaren montierbaren Modulen zum Ausführen lediglich des ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes, der für die ausgewählte modulare Aufgabe geeignet ist, konfigurierbar ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Roboter auf: eine Plattform mit einem Körper und einem Motor, der mit einem Antrieb, der eine Steuerkontrolle und eine Geschwindigkeitskontrolle hat, verbunden ist; eine Mehrzahl von austauschbaren montierbaren Modulen, wobei jedes austauschbare montierbare Modul einen Spannungseingang, einen Aktuatorkonnektor, eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren und einen Spannungsversorgungskonnektor, die von außerhalb des austauschbar montierbaren Moduls zugänglich ist, aufweist, und wobei jedes austauschbare montierbare Modul beinhaltet: einen umprogrammierbaren Aktuatorkontroller, der dazu in der Lage ist, Betätigungssteuersignale auszugeben, einen Aktuatorverstärker, der das Aktuatorsteuersignal von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller aufnimmt, wobei der Aktuatorkonnektor ein Aktuatorantriebssignal kommuniziert, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und dem Aktuatorverstärker moduliert wird; einen Paketnetzwerkschalter, wobei jeder aus der Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren dazu in der Lage ist, mit einem Paketnetzwerk eine Verbindung zu schaffen und mit dem Paketnetzwerkschalter kommuniziert, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle für den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller weiterzugeben; und einen Speicher mit einem ausführbaren Code, wobei das austauschbar montierbare Modul konfigurierbar ist zum Ausführen eines ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes derart, dass jedes aus der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen mit mehreren möglichen ausführbaren Codeteilen für unterschiedliche modulare Aufgaben versehen werden kann und jedes aus der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen konfigurierbar ist, um nur den ausgewählten Teil des ausführbaren Codes auszuführen, der für die ausgewählte modulare Aufgabe geeignet ist, wobei ein austauschbar montierbares Modul montiert ist zum Steuern eines Aktuators für die Steuerungskontrolle des Antriebs und ein austauschbar montiertes Modul montiert ist zum Steuern eines Aktuators für die Geschwindigkeitssteuerung des Antriebs.
  • Die Geschwindigkeitssteuerung des Roboters kann wenigstens zwei Drosselsteuerungen für den Antrieb, eine Richtungssteuerung für den Antrieb oder eine Bremssteuerung für den Antrieb aufweisen, wobei zwei austauschbare montierbare Module montiert sein können zum Steuern von Aktuatoren für zwei aus der Drosselsteuerung für den Antrieb, Richtungssteuerung für den Antrieb oder die Bremssteuerung für den Antrieb.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Roboter auf: eine Plattform mit einem Körper und einem mit einem Antrieb verbundenen Motor; eine Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen, wobei jedes austauschbar montierbare Modul einen Spannungseingang, eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren und einen Mehrstift-Konnektor hat, der von außerhalb des austauschbar montierbaren Moduls zugänglich ist und jedes austauschbar montierbare Modul aufweist: eine Mikroprozessorplatine mit einem dynamischen Speicher zur Codeausführung und einem nicht flüchtigen Speicher zur Speicherung, wobei die Mikroprozessorplatine weiter eine Mehrzahl von Protokollempfängern aufweist und dazu in der Lage ist, einen Empfängermonitorcode auszuführen, der Mehr stift-Konnektor dazu in der Lage ist, mit der Mehrzahl von Protokollempfängersensoren zu kommunizieren, einen Paketnetzwerkschalter, wobei jeder aus der Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren dazu in der Lage ist, mit einem Paketnetzwerk zu verbinden, das über den Körper verteilt ist und mit einem Paketnetzwerkschalter kommuniziert, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle für oder von der Mikroprozessorplatine weiterzugeben; und eine Spannungsversorgung, wobei die Spannungsversorgung eine ungeregelte Spannung von der Plattform über den Spannungseingang empfängt und die nicht geregelte Spannung in eine innere geregelte Spannung für die Mikroplatine und den Paketnetzwerkschalter und eine äußere regulierte Spannung wandelt, wobei der Mehrstift-Konnektor mit der äußeren geregelten Spannung verbunden ist und einem Speicher mit einem ausführbaren Code, wobei jedes austauschbar montierbare Modul konfigurierbar ist zum Ausführen eines ausgewählten Teiles eines ausführbaren Codes derart, dass jedes der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen mit mehreren möglichen ausführbaren Codeteilen für unterschiedliche modulare Aufgaben versehen ist und jedes aus der Mehrzahl von austauschbaren montierbaren Modulen konfigurierbar ist zum Ausführen lediglich eines ausgeführten Teiles des ausführbaren Codes, der für eine ausführbare modulare Aufgabe ausgewählt ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein verteiltes Rechnersystem für einen Roboter auf: eine Roboterplattform mit einem Körper und einen mit einem Antrieb verbundenen Motor, einen definierten Satz von Robotersteuerroutinen, die ausgewählt sind aus einer Verhaltensvermittlung und Verhalten; Sensorantriebe; Antriebs-/Aktuator-Steuerungen; eine Datenbasisverwaltung und Datenbasen; oder Datenkonverter; eine Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen, wobei jedes austauschbar montierbare Modul einen Spannungsseingang, eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren und einen Mehrstift-Konnektor aufweist, die von außerhalb des austauschbar montierbaren Moduls zugänglich sind und jedes austauschbar montierbare Modul aufweist: eine Mikroprozessorplatine mit einem dynamischen Speicher zur Ausführung eines Codes; wobei die Mikroprozessorplatine weiter aufweist: eine Mehrzahl von Protokollempfängern, der Mehrstift-Konnektor dazu in der Lage ist, mit der Mehrzahl von Protokollempfängersensoren zu kommunizieren und einem nicht-flüchtigen Speicher mit einem ausführbaren Code, wobei die Mikroprozessorplatine eines austauschbar montierbaren Moduls so konfigurierbar ist, dass es einen ausgewählten Teil eines ausführbaren Codes ausführt; einen Netzwerkwerkschalter, wobei jeder aus der Mehrzahl von Netzwerkwerkkonnektoren dazu in der Lage ist, mit einem Paketnetzwerk zu verbinden, das über dem Körper verteilt ist und mit dem Paketnetzwerkschalter kommuniziert, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle zu oder von der Mikroprozessorplatine weiter zu geben, die Mehrzahl von Mikroprozessorplatinen mit Befehlen versehen sein können zum Laden und Ausführen diskreter des definierten Satzes von Robotersteuerroutinen derart, dass alle aus dem definierten Satz von Robotersteuerroutinen ausgeführt werden unter der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann jede Mikroprozessorplatine konfigurierbar sein zum Ausführen eines ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes, das in den entsprechenden nicht-flüchtigen Speicher geladen ist derart, dass jede aus der Mehrzahl von Mikroprozessorplatinen konfigurierbar ist zum Ausführen lediglich eines ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes, das in den entsprechenden nicht-flüchtigen Speicher geladen ist. Eine ausgewählte aus den Mikroprozessorplatinen kann dazu in der Lage sein, einen ausführbaren Code in dem nicht-flüchtigen Speicher der verbleibenden Mikroprozessorplatinen über das Paketnetzwerk, das über den Körper verteilt ist, aufzufrischen. Einem ausgewählten der austauschbar montierbaren Module kann eine Überwachungsaufgabe zugewiesen werden und erzeugt Überwachungsbefehle zu den anderen der austauschbar montierbaren Module. Die austauschbar montierbaren Module können über den Körper des Roboters verteilt sein und wenigstens ausgewählte des Verhaltensschlichtungscodes, Verhaltenscodes, Sensorantriebscodes, Antriebssteuercodes, Aktuatorsteuercode, Datenmanagementcode, Datenbasisdaten und Datenkonvertercode sind zur Ausführung unter den austauschbar montierbaren Modulen, die über den Körper des Roboters verteilt sind, verteilt.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist ein Robotersteuermodul vorgesehen, bei dem die Spannungsversorgung entfernt ist oder das Robotersteuermodul keine Spannungsversorgung aufweist und die Spannung für das Robotersteuermodul von einer serienmäßig produzierten Spannungsversorgung vorgesehen sein, die in einen Kabelbaum eingebunden ist oder anders, und die eine Spannungsversorgung für das Fahrzeug bildet.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine programmierbare Motorsteuerung einen Motorverstärker auf, wobei die Motorsteuerung dazu angepasst ist, Eingänge von einem Robotersteuermodul oder einer Robotersteuereinheit (RCU) zu empfangen und zum Verarbeiten der Eingänge zum Erzeugen von Steuersignalen zum Aussenden an den Motorverstärker. Der Motorkontroller kann weiter eine Codierverbindung zum Kommunizieren mit einem Codierer, eine Verbindung zum Kommunizieren mit einem Hall-Sensor aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel beinhaltet der Motorkontroller einen Digital Signal Prozessor (DSP). Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Motorkontroller eine programmierbare logische Einheit oder ein Gatterfeld aufweisen. Die Eingänge können Arten des Fahrzeugsverhaltens aufweisen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Motorverstärker vorgesehen, der eine erste Stufe und eine zweite Stufe aufweist. Die erste Stufe weist einen DC/DC-Wandler zum Schaffen einer Spannung der zweiten Stufe und einen Monitor zum Beobachten des Motorverstärkers und/oder einen Motor auf und Abschalten des Motorverstärkers dann, wenn der Monitor ein Problem bezüglich des Betriebs des Motorverstärkers erkennt. Die zweite Stufe weist einen FET/Kommutator zum Steuern des Betriebs des Motors auf. Sowohl die erste Stufe als auch die zweite Stufe weist einen digitalen Signalprozessor (DSP) zum Schaffen von Steuersignalen für die Motorverstärkerkomponenten und zum Empfangen von Rückkopplungssignalen von dem FET/Kommutator und eine kom plexe programmierbare logische Einheit (CPLD) auf, die Steuersignale von dem DSP empfängt und Signale an den FET/Kommutator zur Steuerung des Motors kommuniziert.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung empfängt der CPLD ein Positionsrückkopplungssignal von einem Hall-Effekt-Sensor, der dem Motor zugehörig ist. Das Positionsrückkopplungssignal kann Positionsdaten aufweisen, die dem Motor zugehörig sind und verwendet werden zur Steuerung des FET/Kommutators. Der DSP kann ein Rückkopplungssignal von einem analogen Positionssignal aufweisen und/oder Decoder, die dem Motor zugehörig sind und Steuersignale übertragen basierend auf (wenigstens teilweise) den Rückkopplungssignalen. Der DSP kann ein jeweiliges Sensorsignal empfangen, das Daten einschießt, die mit dem Strom des FET/Kommutators zugehörig sind. Der DSP kann Steuersignale übertragen basierend auf, wenigstens teilweise, dem gegenwärtigen Sensorsignal. Der FET/Kommutator kann eine Kommutations-FET-Schaltung aufweisen mit einer H-Brücke, die eingerichtet ist zum Steuern des Motors basierend auf Signalen von dem CPLD.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Motor in einer Bürsten- oder bürstenlosen Betriebsweise arbeiten. Der DSP kann ein Signal von einer RCU und einer Operatorsteuereinheit (OCU) empfangen, um den Motorverstärker anzuweisen, mit Bürsten oder bürstenlos zu arbeiten. Der DSP sendet ein Signal an den CPLD, der angibt, nach welcher Weise zu arbeiten ist. Unter Verwendung von Tabellen, die mit der Bürstenbetriebsart und der bürstenlosen Betriebsart verbunden sind, sendet der CPLD Steuerungen an den FET/Kommutator. Im bürstenlosen Betrieb empfängt der CPLD ein Rückkopplungssignal von einem Hall-Sensor und sendet Steuersignale basierend auf dem Hall-Rückkopplungssignal an die H-Brücke zum Steuern des Motors. In dem Bürstenbetrieb empfängt der DSP eine Rückkopplung von dem Codierer und sendet Steuersignale an den FET/Kommutator über den CPLD basierend wenigstens teilweise auf einem Encoder-Steuersignal. Der FET/Kommutator steuert den Motor unter Verwendung der H-Brücke.
  • Diese illustrativen Ausführungsbeispiele sind nicht erwähnt zum Definieren der Erfindung, sondern zum Schaffen von Beispielen zur Unterstützung des Verständnisses der Erfindung. Illustrative Ausführungsbeispiele werden in der eingehenden Beschreibung diskutiert, eine weitere Beschreibung der Erfindung ist dort angegeben. Vorteile, die sich aus den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ergeben, verstehen sich weiter durch Untersuchung der Beschreibung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile dieser Erfindung verstehen sich besser, wenn die nachfolgende eingehende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, wobei:
  • 1 ein Blockdiagramm ist, das ein Robotersteuersystem nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 2 ein Blockdiagramm, das ein Fahrzeugsteuersystem nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, zeigt;
  • 3A–3B Blockdiagramme eines Fahrzeugsteuersystems nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 3C–3D Blockdiagramme eines weiteren Fahrzeugsteuersystems nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 3E eine Fahrzeuglevelsteuerung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 eine Draufsicht auf ein illustratives Fahrzeug mit Robotersteuermodulen nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 eine Draufsicht des illustrativen Fahrzeugs von 4 ist, das eine Maschine und Robotersteuermodule nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist;
  • 6 eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs von 4 mit einem Bett nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 7 eine Seitenansicht des illustrativen Fahrzeugs von 4 ist mit einem Bett nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 8 eine Nahansicht einer Maschine und eines Roboterssteuermoduls des Fahrzeugs von 5 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 9 ein Blockdiagramm ist, das das Robotersteuermodul nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 10 eine Explosionsdarstellung eines Robotersteuermoduls nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 11A–11D verschiedene Ansichten des Robotersteuermoduls von 6 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind;
  • 12 ein Blockdiagramm ist, das ein Spannungssystem einer Robotersteuereinheit nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 13 eine schematische Ansicht einer Boosterschaltung des Spannungssystems nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 14A ein Blockdiagramm ist, das einen Motorverstärker einer Robotersteuereinheit nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 14B ein Blockdiagramm ist, das den Motorverstärker von 14A in einer bürstenlosen Betriebsweise zeigt;
  • 14C ein Blockdiagramm ist, das den Motorverstärker von 14A in einem Bürstenbetrieb zeigt;
  • 15 eine schematische Darstellung eines Leistungssystems des Motorverstärkers nach den 14A–14C nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 16 eine schematische Darstellung einer Feldeffekttransistorschaltung des Motorverstärkers nach den 14A–14C nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 17 ein Flussdiagramm eines illustrativen Softwareprüfvorgangs eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist;
  • 18 ein Layout eines Robotersteuereinheitslayouts nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 19 eine schematische Darstellung einer ersten Robotersteuereinheit nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 20 eine schematische Darstellung einer zweiten Robotersteuereinheit nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 21 eine dritte Robotersteuereinheit nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 22 eine schematische Darstellung einer vierten Robotersteuereinheit nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • 23 eine Einplatinencomputersoftwarearchitektur für eine Überwachungs-RCU nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 24 eine den Vorderraum wahrnehmende Maschinensoftwarearchitektur eines Einplatinencomputer für eine RCU nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 25 eine Einplatinencomputerkamera und eine Steuerungssoftwarearchitektur für eine RCU nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 26 eine RCU Softwarearchitektur nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 27 eine RCU Softwarearchitektur nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 28 eine Überwachungs-RCU Softwarearchitektur nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 29 eine RCU Softwarearchitektur einer den Vorderraum wahrnehmenden Maschine nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 30 eine RCU Softwarearchitektur einer den Vorderraum wahrnehmenden Maschine nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 31 eine RCU Softwarearchitektur einer wahrnehmenden Maschine nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 32 eine Kamera- und Lenkungs-RCU Softwarearchitektur nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 33 eine Kamera- und Lenkungs-RCU Softwarearchitektur nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ein Robotersteuermodul und eine Robotersteuereinheit (RCU) zur Verwendung in einem Robotersteuersystem, vorzugsweise einem Fahrzeug, mit Strukturen, Systemen und Verfahren, die schaffen: (i) ein Robotersteuermodul, das mehrere funktionale Einheiten hat, wie einen Prozessor, einen Aktuatorkontroller, einen Aktuatorverstärker, einen Paketnetzwerkschalter und eine Spannungsversorgung, die in einem einzelnen Package-Gehäuse integriert sind; (ii) ein Robotersteuermodul, das gepackt ist, um die Wärme zu reduzieren, den Raumbedarf zu reduzieren und empfindliche Komponenten gegen elektromagnetisches Rauschen abzuschirmen; (iii) ein Robotersteuersystem, das Robotersteuermodule verwendet, die dieselbe Funktionalität aufweisen, was eine Austauschbarkeit der Module erlaubt; und (iv) ein Robotersteuersystem, das die Funktionalität und die Verarbeitung zwischen einer Mehrzahl von Robotersteuermodulen in einem Fahrzeug verteilt.
  • Zunächst kann die Integration des Prozessors, des Aktuatorkontrollers, des Aktuatorverstärkers, des Paketnetzwerkschalters und der Spannungsversorgung an einem einzigen Ort oder einer einzigen Montage hoch synergistisch sein. Ein Prozessor handhabt typischerweise eine Gesamtüberwachungsaufgabe, ein lokaler Prozessor kann jedoch auch Sensortreiber und periphere Treiber laufen lassen, einschließlich ein geeignet verfügbares Betriebssystem (OS) und/oder Echtzeitbetriebssystem („RTOS") Treiber (beispielsweise Linux, Windus, VxWorks) als auch einen spezifischen Kontrollercode für derartige Plattformen. Ein Prozessor kann weiter als Datenwandler arbeiten, beispielsweise als Video-, Bild-, Audio- oder anderer Signalprotokollwandler oder als Kartengenerator. Eine Spannungsversorgung kann geeignete, saubere, konditionierte Leistung für solche Sensoren und Umgebungsgeräte liefern. Ein Motorkontroller und -verstärker sind allgemein für Aktuatoren erforderlich – auch einige Sensoren können eine Betätigung benötigen (beispielsweise Abtastsensoren, kardanisch aufgehängte Sensoren). Ein DSP Motorkontroller kann weiter einen CAN-Protokollstapel abfahren, der die Fähigkeit von CAN-Kommunikationen und die Steuerung von standardisierten Fahrzeugnutzlasten und Umgebungsgeräten bewirkt. Kombiniert mit einem flexiblen Verstärker (beispielsweise einem schnellen, genauen CPLD oder einer anderen logischen Einheitensteuerung über die Phase, Kommutation) kann ein große Vielzahl von Aktuatoren verwendet werden. Der Paketnetzwerkschalter oder Router kann die großen Mengen von Daten, die von Kameras, Laserscannern und anderen Sensoren kommen, kanalisieren.
  • Sensoren und Aktuatoren können an Positionen entsprechend der Notwendigkeit ausgelegt werden (beispielsweise werden Kameras relativ hoch montiert, Radios werden sehr nahe zu ihren Antennen montiert – was ebenfalls so hoch wie möglich ist, ein Lenkungsaktuator an der Lenksäule usw.) Es ist vorteilhaft, die oben beschriebene Fähigkeit in einer Form vorzusehen, die benachbart dem Sensor oder Aktuator angeordnet sein kann (beispielsweise unter Minimieren eines Rauschens, das durch lange Signalwege, eine Verdrahtung usw. verursacht wird. Es kann vorteilhaft sein, diese alle in einer Form auszubilden, die benachbart oder nahe dem jeweiligen Sensor und/oder Aktuator ist und alles, was der Sensor benötigen könnte (Spannung, Steuerung, Treiber, Datenwandlung, Kommunikation) vorzusehen und alles, was der Aktuator benötigen könnte (modulierte Phasensteuerung und Leistungsverstärker, Kommunikation) oder alles, was beides benötigen könnten. In einigen Fällen können, was von der Erfindung erfasst wird, ausgewählte dieser Fähigkeiten an dem einzigen Ort vorgesehen sein und mit unterschiedlichen, hier beschriebenen Vorteilen, es bleibt jedoch vorteilhaft, all diese Fähigkeiten einzuschließen.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine abgeflachte, zigarrenkistenartige Einheit, etwa das Modul 500 von 11C, das vorzugsweise ein Volumen von weniger als 2–3 Liter, beispielsweise 1 Liter beinhaltet (annähernd 200 mm × 250 mm × 50 mm in +/– 50 mm Schritten) vorzugsweise alle aufgelisteten Komponenten ohne aktive Kühlung aufnehmen. Die Schaltungsplatinenanordnung, etwa die Anordnung, die in den 11A–11D gezeigt ist, kann relativ dicht sein und ausgeglichen, um wärmeerzeugende und wärmeempfindliche Komponenten einander meiden und ebenfalls EM rauscherzeugende und EM rauschempfindliche Komponenten können einander vermeiden (einige dieser Komponenten können ein und dieselbe sein). Eine derartige Aufnahme kann strategisch in einem Leerraum oder nicht benötigten Raum eines kleineren Fahrzeugs angeordnet sein (wo keine sich bewegenden Teile hineinragen) und kann mit und zwischen solchen Räumen vernetzwerkt sein. Beispielsweise kann, wie in 4 gezeigt, obwohl größere und kubischere Aufnahmen in einem Kofferraum oder dem Passagierraum passen würden, eine zigarettenkistenartige Aufnahme zwischen einer Maschine und die Maschinenraumwände 390, 392 unter oder über flache Flächen 394, in das Innere der Fahrzeugtür 396 unter den Bodenraum, angebracht an die Rückseite der Sitze, den Deckenraum usw. Die vielseitige Einheit, wie sie hier beschrieben wird, kann nützlich und vorteilhaft auch dann sein, wo kein Leerraum vorhanden ist, etwa in einem „Fahrzeug", das zu klein ist, um einen Passagier zu tragen oder wenn es in einem Nutzlastraum oder dem Passagierraum angeordnet ist.
  • Bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können identische oder nahezu identische vielseitige Robotersteuermodule schaffen, die an unterschiedlichen Orten zur Erfüllung unterschiedlicher Aufgaben angeordnet werden können und nichtsdestoweniger willkürlich an einem solchen Ort angeordnet sein können, austauschbar miteinander oder mit Ersatzteilen aus einem Depot austauschbar in einer „Nullkonfiguration" oder in einer „plug and play" Weise. „Nullkonfiguration" wird hier verstanden mit einer lokalen Codeeinstellung (beispielsweise Widerstand, Brücke usw.) an dem Ort der Anordnung, der von dem Modul erkannt wird und dem Modul sagt, wie es sich selbst zu konfigurieren hat, beispielsweise entsprechend dem Ort (der die vorgegebenen Ressourcen zu bedienen hat). Die Module können dieselbe Software haben und aufnehmen, was als für diesen Ort notwendig angesehen wird. Beispielsweise können in 4 die RCUs 238 und 306 entfernt werden und das RCU 238 kann in dem Raum installiert sein, das für die RCU 306 vorgesehen ist, oder umgekehrt. Obwohl einige Ausführungsbeispiele der hier diskutierten Module kompakt und optimiert sind, hängt die Eigenschaft der Austauschbarkeit nicht von der oben beschriebenen Konfiguration ab, obwohl eine Integration mehrerer Komponenten, die in diesem Fall die Austauschbarkeit ermöglicht durch Vorsehen aller Komponenten, die an jedem Sensor, Kommunikationen oder Aktuatorort erforderlich sein können.
  • Wie in weiteren Einzelheiten in der Ansicht der 10–11D gezeigt ist, weisen einige Ausführungsbeispiele der hier verwendeten Module, wie genauer diskutiert werden wird, wenigstens einen Prozessorkern, einen Chip und/oder eine Platine, als auch eine Motorantriebsschaltung (beispielsweise mit einem Phasenmodulationscode und/oder einem integrierten Verstärker) und/oder (beispielsweise einem Sensor) Spannungsversorgung (beispielsweise mit einem Treibercode) und/oder eine Netzwerkverbindung (beispielsweise Schalter) auf. Es sind Vorteile gegeben durch das Kombinieren bestimmter Untersätze die ser Schaltungen in einem austauschbaren Modul, wie hier diskutiert. Ein austauschbares Sensormodul könnte die Motorantriebsschaltungen verzichtbar machen und weiter austauschbar sein an Sensororten zum Schaffen der Rechenleistung, der Spannungsversorgung und Netzwerkwerkfähigkeiten an jedem Ort; ein austauschbares Aktuatormodul könnte die externen Ausgänge der Spannungsversorgung unnötig machen (die Spannungsversorgung konditioniert die Fahrzeugspannung auch für die internen Komponenten) und weiter an den Aktuatororten austauschbar sein. Ein Sensor/Motor-Modul könnte einen der Prozessorkerne ersetzen, nicht aber den Motorsteuerprozessorkern, der ein DSP sein kann. Jedes hinzugefügte Modul kann auf dieselbe Weise hinzugefügt werden und kann die Gesamtfähigkeit für das Fahrzeug vergrößern.
  • Bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Robotersteuerplattform mit einer verteilten Rechenleistung, Motorsteuerung und Sensor/Kommunikationsfähigkeiten zwischen vernetzwerkten Modulen. Da eine vorteilhafte Implementation der Erfindung im Wesentlichen 500–1000 MIPS (Millionen Instruktionen pro Sekunde, was eine rohe untere Grenze für einen autonomen Überwachungsprozessor ist), einem Einwattklassenprozessor in jedem Modul, wobei jedes Modul, das hinzugefügt ist, signifikant „Rechenleistung" hinzufügt. Diese Module betreiben Aktuatoren in einem Fahrzeug drei bis fünf Module entsprechend den Aktuatoren zum beispielsweise Lenken, Bremsen, Beschleunigung oder Drosseln, vorwärts/rückwärts. Diese Module sind Antriebssensoren und dienen der Kommunikation – in einem autonomen Fahrzeug für eine Mehrzahl von Modulen der Sensoren und Kameras zur maschinellen Sicht, Abtasten, Näherungssensoren, Sender, GPS, Trägheitssensoren usw. Jedes Modul, das für einen Aktuator angeordnet ist, ist zum Antreiben und Vernetzwerken naher Sensoren verfügbar und fügt eine Rechenkapazität hinzu. Ein Modul, das auch Sensoren betreiben und einen Aktuator steuern kann, ist, nicht aber notwendigerweise, ein Überwachungsmodul und führt Überwachungsprozesse aus. Nichtsdestoweniger kann die Rechenfähigkeit jedes Moduls für andere Prozesse verwendet werden, etwa Sensortreiber, Motorsteuerung, Signalverarbeitung usw. Das verteilte System fügt mit jedem zugefügten Modul Rechenleistung zu. Eine höhere Leis tungsverteilung könnte auch ein signifikanteres Wärmemanagement erfordern, wie, nicht aber begrenzt auf, Gebläse, Wärmerohre und dgl., mit höheren Kosten und reduzierter Zuverlässigkeit.
  • Die 500–1000 MIPS-Prozessoren der 1-Watt-Klasse (beispielsweise 2–4 Watt bei einer Integration in dem einzigen Bordcomputer, der diesen trägt) gemeinsam mit anderen Elementen kann diesbezüglich vorteilhaft sein. Eine geringere Rechenleistung (d. h., weniger in der Größe, ist unzureichend für einen autonomen mobilen Roboter, der Prozesse ausführt, die notwendig sind zum Unterstützen der Selbständigkeit). Eine höhere Leistungsverteilung (d. h., um eine Größenordnung höher) kann zu viel Wärme in dem Modul erzeugen (was ein Maximum von etwa 30 Watt bei allen Systemen – CPU, DSP, Leistung, Motorsteuerung, Motorverstärkung, Ethernetschalter – voll belegt) abgibt und die elektrischen Systeme der meisten Fahrzeuge überfordert. Mit dem verteilten System fügt jedes Modul, das an einem geeigneten Ort hinzugefügt ist (beispielsweise Kommunikation oder Aktuatorort oder -knoten) signifikante Rechenleistung hinzu.
  • Beispielsweise könnte das Setzen des Hauptkerns in dem offenbarten Modul durch einen Prozessor vom Servertyp der Pentium M Klasse die Rechenleistung erhöhen, würde aber um eine Größenordnung mehr Leistung abgeben (wahrscheinlich 10–30 oder mehr Watt) und würde die Aufnahme überhitzen, wenn alle Komponenten aktiv sind. Entsprechend ist die Auswahl der geeigneten oberen Grenze bezüglich der Leistungsverteilung des Prozessors und des einzigen Bordrechners (etwa 1 Watt allein für den Prozessor, wobei ein Überschreiten um eine Größenordnung nicht akzeptabel ist) begrenzt durch den unteren Grenzwert bei den notwendigen Rechenzyklen zum autonomen Betrieb eines Fahrzeugs (etwa 500–1000 MIPS alleine für den Prozessor, wobei eine Größenordnung weniger als dies nicht akzeptabel ist), weiter begrenzt durch das Vorhandensein anderer funktionaler Komponenten, die wärmeempfindlich sind und insbesondere Erzeugen der Motorverstärker und die Spannungsversorgung Wärme) ein Teil der hier beschriebenen Erfindung. Andere hocheffiziente Komponenten sind weiter an den Modulen vorgesehen, wie hier offenbart, und inkrementale Leistungsfähigkeiten wurden vorgesehen, was zu maximal 30 Watt von den Modulen mit 2–3 Litern Volumen geführt hatte. Bei dem erfinderischen verteilten System kann eine hinzugefügte Rechenleistung mit einem zusätzlichen unabhängigen Modul vorgesehen sein, das an einem geeigneten Ort (beispielsweise Sensor, Kommunikation oder Aktuatorort oder -knoten) platziert sein und wird in nützlicher Weise hinzugefügt, wo immer ein Aktuator unterstützt wird.
  • ROBOTERSTEUERMODUL
  • Ein Robotersteuermodul kann eine oder mehrere eines Prozessors oder zugehöriger Speicher, etwa ein einziger Bordcomputer mit einem Mikroprozessor, einen Netzwerkschalter, etwa einen Ethernetschalter, einen Aktuatorkontroller, etwa einen umprogrammierbaren Motorkontroller, einen Aktuatorverstärker, etwa einen Motorverstärker, und eine Spannungsversorgung in einem einzigen montierbaren Gehäuse beinhalten.
  • 9 ist ein Blockdiagramm eines illustrativen Robotersteuermoduls 400 (manchmal als Robotic Control Unit oder RCU bezeichnet) entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 18–21 weisen zusätzliche Beispiele verschiedener Ausführungsbeispiele von RCUs auf, einschließlich einem Überwachungs RCU, wie es in 19 gezeigt ist und zusätzlichen RCUs, die verschiedene Funktionen ausführen, wie in 20–21 gezeigt. Bei dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Robotersteuermodul 400 in einem einzigen Gehäuse beinhaltet. Das Robotersteuermodul 400, das in 9 gezeigt ist, ist in ein oberes Gehäuse 402 und ein unteres Gehäuse 404 geteilt. Andere geeignete Konfigurationen sind möglich. Das untere Gehäuse 404 beinhaltet einen Mehranschluss-Schalter 406, Hochgeschwindigkeits-Paketnetzwerkanschlüsse 408, einen Motorverstärker 410 und einen Motorkonnektor 412. Das obere Gehäuse 402 weist einen Motorkontroller 414, einen einzigen Bordcomputer 416, eine Spannungsversorgung 418, Protokolltransceiver 420, Digital Input/Outut (DIO) Puffer 422, Leistungsschalter 244 und einen Mehrstift-Konrektor 426 auf. Das Robotersteuermodul kann man einen seriellen Bus 430 und einen seriellen Konnektor 428 aufweisen. Der serielle Bus 430 kann mit einem einzigen Bordcomputer 516 verbunden sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der serielle Bus 430 ein Universal Serial Bus (USB) und der serielle Konnektor 428 ist ein USB Konnektor.
  • Der Single Board Computer (SBC) 416 weist eine eingebettete Central Processing Unit (CPU) und einen zugehörigen Speicher (beispielsweise Random Access Memory (RAM) und/oder einen nicht-flüchtigen Speicher auf. Beispiele von SBC Softwarearchitektur sind in den 23–33 gezeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das SBC 416 ein Motorola MPC5200 PowerPC 400 MHz, Bordrechner mit einer geeigneten Dimension von 2,4 Inch mal 4 Inch. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der SBC 416 ein 128 MB DDR RAM und 64 MB Flashspeicher beinhalten.
  • Die SBC 416 kann Signale aussenden an die und empfangen von den Protokolltransceivern 420, dem DIO Puffer 422 und dem Schalter 406. Die Protokolltransceiver 420 können CAN, RS232, RS422, USB Signale aussenden und empfangen. Für den Zweck dieser Offenbarung bedeutet „Protokolltransceiver" Transceiver, die nach vorgegebenen Regeln für die Kommunikation (beispielsweise Paketinhalte, Handshaking, Adressierung) gesteuert werden. Der CAN Bus RS-232, RS-422 und USB sind gut bekannte Kommunikationsprotokolle für verschiedene Zwecke – bzw. für Bewegungssteuerung, generische serielle, größere Strecken seriell zur Instrumentation und Umgebungsbuszwecke. Weitere Protokolltransceiver können zum Implementieren gewünschter Kommunikationen hinzugefügt werden, einschließlich, nicht aber begrenzt auf, RS-485, IEEE-488, IEEE-1394 (Firewire 400), Firewire 800, Bluetooth, USB 2,0, Wireless USB, FDDI, Fibre Channel, MIL-STD-1553 wired databus und Abwandlungen wie EBR 1553 (einschließlich geeigneter Versionen) oder MIL-STD-1553C, AFDX, MMSI, ARINC 429, ATM, WIN-T, Wellenteilungsmultiplexte optische Faser, SCSI dieser Art, PCI & PCI Express (und andere geschaltete Geflechte) SATA (serielle ATA), proprietär und für einen bestimmten Zweck gebauter Aufgabesätze und Modifikationen oder Nachfolger jeder dieser Kommunikationen. Der DIO Puffer 422 kann digitale und analoge Signale aussenden und empfangen. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet der SBC 416 Signale von einem digitalen Signalprozessor (DSP), der in dem Motorkontroller 414 vorhanden ist über ein RS-232 Protokoll und empfängt diese. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Mehrstift-Konnektor 426 ein 60 Stift Cinch-Konnektor. Die Spannungsversorgung 418, die Protokolltransceiver 420, die DIO Puffer 422 und die Leistungsschalter sind mit dem Mehrstift-Konnektor 426 verbunden. Jede dieser Komponenten kann Eingänge von dem Mehrstift-Konnektor 426 empfangen und Ausgänge an den Mehrstift-Konnektor 426 liefern. Die Leistungsschalter werden nicht notwendigerweise verwendet, können aber externe Leistungslinien steuern, die Leistungsversorgung über derartige Leitungen ein- und ausschalten. Das heißt, eine externe Spannungslinie wird hinein und aus einem Spannungsschalter auf dem RCU geroutet und die RCU kann den Schalter als ein Teil der Gesamtfunktionalität steuern.
  • Ein ausführbarer Code kann in dem Speicher des SBC 416 gespeichert sein, das durch den CPU ausgeführt werden kann, um den SBC dazu in die Lage zu versetzen, Robotersteuerverhalten auszuführen und auszugleichen. Jedes Robotersteuermodul in dem Robotersteuersystem kann mit mehreren ausführbaren Codeteilen für unterschiedliche modulare Aufgaben innerhalb dem Steuersystem vorgesehen sein. Beispielsweise kann jedes Robotersteuermodul einen ausführbaren Code für Überwachungsaufgaben, zur Aktuatorsteuerung, zur Sensorbeobachtung usw. aufweisen. Die Robotersteuermodule können zum Ausführen lediglich eines ausgewählten Abschnitts des ausführbaren Codes konfigurierbar sein, der für die Aufgabe des bestimmten Robotersteuermoduls geeignet ist. Beispiele der Teile des ausführbaren Codes können ein Verhaltensschlichtungscode sein, ein Verhaltenscode, ein Sensorantriebscode, ein Treibersteuercode, ein Aktuatorkontrollercode, ein Datenmanagementcode, eine Datenbasis und ein Datenwandlercode. Jedes Robotersteuermodul kann die Funktionen oder die Aufgabe bestimmen, die es ausführen will und welchen ausführbaren Code es basierend auf dem Ort, den Verbindungen und anderen geeigneten Verfahren ausführt, wie oben beschrieben. Dies erlaubt die Austauschbarkeit der Motorsteuermodule.
  • Die 23–33 zeigen Ausführungsbeispiele einer SBC Softwarearchitektur für ausgewählte Robotersteuereinheiten. Ein Ausführungsbeispiel eines SBC 1900 für eine Überwachungsrobotersteuereinheit ist als ein Blockdiagramm mit hohem Pegel in 23 gezeigt. Die Überwachungs-SBC 1900 weist einen Prozessor 1902 und eine Netzwerkwerkverbindung 1904 auf. Die Netzwerkwerkverbindung 1904 kann eine oder mehrere Netzwerkverbindung sein. Beispiele derartiger Netzwerkverbindungen 1904 weisen Ethernet TCP/IP, USB und CAN Verbindung ein, wie J1939.
  • Die Netzwerkwerkverbindungen 1904 sind zum Verbinden mit einer Mehrzahl von Einrichtungen außerhalb der Überwachung SBC 1900 derart eingerichtet, dass das Überwachungs-SBC 1900 eine Mehrzahl von Typen von Daten und/oder Steuersignalen empfangen und aussenden kann. Die Überwachungs-RCU kann weiter ein computerlesbares Medium beinhalten, etwa einen Speicher 1906. Der Speicher 1906 kann jede Art eines Speichers sein. Beispiele des Speichers 1906 weisen einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff („RAM"), einen Nur-Lese-Speicher („ROM"), einen optischen Speicher oder einen magnetischen Speicher auf. Der Speicher 1906 kann einen Datenspeicher einschließen und/oder eine dauerhafte Datenspeicherung zum Speichern verschiedener empfangener und berechneter Daten und einen ausführbaren Code.
  • Beispiele des ausführbaren Codes weisen ein Betriebssystem (nicht gezeigt) auf, etwa beispielsweise BlueCat Linux oder DSP Basic Input/Output System (BIOS), einen Datentransport (nicht gezeigt) der eine Software beinhaltet, beispielsweise iRobot AwareTM zum Unterstützen des Überwachungs SBC 1900, das mit externen Geräten kommuniziert und/oder Applikationen 1908. Die Applikationen 1908 können eine oder mehrere Überwachungs RCU funktionelle Codes und Antriebsverhalten aufweisen. Beispielsweise können die Applikationen 1908 einen Konfigurationscode 1910 aufweisen, der Konfigurationsdatensätze von dem Speicher, etwa einem dauerhaften Speicher, ausliest und diese Werte an geeignete Orte in dem Datentransport einstellt.
  • Die Applikationen 1908 können eine Hinderniskarte, einen Erkennungs- und/oder Vermeidungscode 1912, einen Fernbetriebscode 1914, eine Folgebetriebsweise 1916, einen Wegpunkt-Navigaationscode 1918, einen Antriebsschlichter 1920, ein Datenloggingcode 1922, einen Datenrückspielcode 1924, einen Telemetriecode 1926, eine Armaturenbrettdisplaysteuerung 1928, einen die Version erneuernden Manager 1930 und eine Fahrzeugsteuereinheit (VCU) Schnittstelle 1932 aufweisen. Ausführungsbeispiele dieser Applikationen 1908 werden unten unter Bezugnahme auf die 26–33 näher beschrieben.
  • 24 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Softwarearchitektur für eine nach vorne wahrnehmende Maschine SBC 2000, die in einem zweiten RCU eingeschlossen ist. Die nach vorne wahrnehmende Maschine weist einen Prozessor 2002 und eine Netzwerkverbindung 2004 auf. Die Netzwerkverbindung kann eine oder mehrere Arten von Netzwerkverbindungen einschließen, wie oben beschrieben, die angepasst sind zum Empfangen und Aussenden von Daten über ein oder mehrere Netzwerke. Die nach vorne wahrnehmende Maschine SBC 2000 kann weiter ein lesbares Medium aufweisen, etwa einen Speicher 2006. Der Speicher 2006 kann jede Art eines Speichers sein und kann einen Datenspeicher beinhalten und/oder einen dauerhaften Datenspeicher zum Speichern verschiedener empfangener oder berechneter Daten und ausführbare Codes.
  • Ein Beispiel eines solchen ausführbaren Codes schließt die Applikationen 2008 ein. Die Applikationen 2008 können eine Vielzahl von Softwarecode oder Verhaltenscode beinhaltet. Beispielsweise können die Applikationen 2008 einen Laserscannerantrieb 2010, einen Knotenbewegungskontroller 2012 und einen dreidimensionalen Kartengenerator 2014 aufweisen. Ausführungsbeispiele eines Laserscannertreibers, eines Knotenbewegungskontrollers und eines dreidimensionalen Kartengenerators sind weiter unten in größeren Einzelheiten beschrieben.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können einen dritten RCU mit einem SBC aufweisen, die eine rückwärtig wahrnehmende Maschine aufweisen (nicht gezeigt). Die rückwärtigwahrnehmende Maschine kann einen Laserscannerantrieb aufweisen, der Konfigurationsdaten liest, Konfigurationen des Laserscanners für eine kontinuierliche Ausgabe von Bereichsdaten liest und Daten an eine Netzwerkwerkbotschaft ausgibt zur Verwendung durch einen Überwachungs-RCU. Die rückwärtig wahrnehmende Maschine kann einen ähnlichen oder denselben Verhaltenscode, Architektur oder anderes oder die nach vorne wahrnehmende Maschine beinhalten.
  • 25 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines vierten RCU, das eine Kamera sein kann und eine Lenkungs-RCU einschließlich eines SBC 2100. Die Kamera und die Steuerungs-SBC 2100 können einen Prozessor 2102 aufweisen und eine oder mehrere Netzwerkverbindungen 2104. Die Netzwerkverbindungen 2104 können Daten über ein Netzwerk an andere RCUs aussenden oder von diesen empfangen.
  • Die Kamera- und Lenkungs-SBC 2100 kann ebenfalls ein lesbares Medium aufweisen, etwa einen Speicher 2106. Der Speicher 2106 kann jede Art eines Speichers sein und einen Datenspeicher und/oder einen dauerhaften Datenspeicher zum Speichern verschiedener empfangener oder berechneter Daten und ausführbarer Codes aufweisen. Ein Beispiel eines derartigen ausführbaren Codes weist Applikationen 2108 auf, die eine oder mehrere Softwareprogramme und/oder Verhaltenscodes beinhalten. Beispiele derartiger Programme oder Codes schließen einen Fahrbetriebskamerakontroller 2110, einen Videoformatwandler 2112 und eine Lenkungsaktuatorsteuerung 2114 auf. Ausführungsbeispiele eines Fahrbetriebskamerakontrollers, Videoformatwandler und Lenkungsbetätigungssteuerung werden unten in größeren Einzelheiten beschrieben.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die RCUs mit einer Softwarearchitektur versehen sein, die eine Applikationsebene mit einer oder mehreren Applikationen und Typen von Applikationen aufweisen. Die RCUs können lediglich eine Applikation aufweisen, während andere RCUs zum Beinhalten mehr als einer Applikation konfiguriert sind. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Applikationen aufgeladen sein zu den RCUS. Die 26–27 zeigen Ausführungsbeispiele eines Roboterpegelkontrollers und schließen eine oder mehrere Applikationestypen und Netzwerkverbindungen ein. 26 zeigt eine Softwarearchitektur für einen Roboterpegelkontroller 2800, der eine Applikationsebene 2802 aufweist, die eine oder mehrere Applikationstypen aufweisen kann. Beispiele derartiger Applikationstypen weisen eine Verhaltenssteuerung 2803, periphere Kommunikationen und einer Steuerung 2805 und Datenbasis 2807 auf. Die Verhaltenssteuerung 2803 kann Applikationen aufweisen, die Robotersteuerverhalten, Monitore und/oder Arbeitern. Diese und andere Arten von Verhaltenssteuerungen sind unten unter Bezugnahme auf die 28–33 beschrieben. Die peripheren Kommunikationen und die Steuerung 2805 können einen Sensorantriebscode, Protokolltransceiver, Beobachtungscode, Kamerakommunikationen, Steuereinheitschnittstellen und Telemetrie beinhalten. Die Datenbase 2807 kann Bild-, Karten- oder Wegpunktdatenbasen beinhalten.
  • Die RCU Softwarearchitektur 2800 kann eine Datentransportebene 2804 und eine Betriebssystemebene 2806 aufweisen. Die Betriebssystemebene 2806 kann ein Betriebssystem aufweisen, wie ein Linux Betriebssystem oder jede Art eines Signalverarbeitungscodes. Eine Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2808 kann ebenfalls eingeschlossen sein. Die Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2808 kann einen Datenspeicher beinhalten, etwa einen dauerhaften Datenspeicher 2210 und eine oder mehrere Netzwerkverbindungen, etwa wie digital 2812, CAN 2814, USB 2816, Ethernetzwerk 2818 und seriell 2820. Die Netzwerkverbindungen können eine Mehrzahl von Daten und Typen von Daten 2822 empfangen und eine Mehrzahl von Daten und Typen von Daten 2824 ausgeben.
  • 27 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Roboterpegelkontrollersoftwarearchitektur 2900, die eine Applikationsebene 2902 aufweist, die eine oder mehrere Applikationstypen mit einer oder mehrerer Applikationen aufweisen kann. Beispielsweise kann die Applikationsebene 2902 Aktuatorkontrollapplikationstypen 2903 und/oder alternative Signalverarbeitung 2905 aufweisen. Die Aktuatorsteuerung 2903 kann Motorsteuerungen für Bürstenmotoren, Motorsteuerung, bürstenlose Motoren, Motorsteuerung für andere Aktuatoren und/oder andere Motorsteuercode aufweisen. Die alternative Signalverarbeitung 2005 kann einen DSP Signalverarbeitungscode und/oder CPLD Signalverarbeitungscode aufweisen. Die RCU Software kann auch eine DSP Betriebssystemebene 2904 aufweisen, die ein DSP BIOS oder andere Optionsbetriebsysteme beinhalten. Ein Beispiel eines DSP BIOS schließt das Texas InstrumentsTM DSP BIOS ein.
  • Die 28–33 weisen bestimmte Ausführungsbeispiele einer RCU Softwarearchitektur einschließlich einer Architektur, die Applikationen, dem Datentransport und gegenständlichen Schichtanordnung, die unterschiedlichen und beispielhaften Ausführungen zugehörig ist, auf. Die Ausführungsbeispiele einer RCU Softwarearchitektur, die hier beschrieben sind, sind RCU mit bestimmten Applikationen zum Ausführen bestimmter Funktionen die bestimmt werden können, wenn die RCU bestimmt ist als solche und die geeigneten Applikationen oder ausführbaren Codes aufweisen. Die RCUs können Einheiten sein mit denselben elektronischen und gegenständlichen Ausbildungen, sie können dieselbe oder unterschiedliche Softwarebeschickungen haben.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungsroboterlevelkontroller RCU Softwarearchitektur 2200 ist in 28 gezeigt. Die RCU kann zu einer Überwachungs-RCU werden, indem sie als solche ausgebildet ist und geeignete Applikationen aufnehmen. Die RCU Softwarearchitektur 2200 kann eine oder mehrere Ebenen beinhalten. Beispielsweise können die Ebenen einer Applikationsebene 2202 aufweisen, die einen computerlesbaren Code beinhaltet, etwa Applikationen, eine Datentransportebene 2204, die einen ausführbaren Code aufweist, wie beispielsweise iRobot AwareTM, um die RCU bei dem Kommunizieren mit entfernten Einheiten und/oder Applikationen auf der Applikationsebene 2002 zu unterstützten, eine Betriebssystemebene 2206, die ein Betriebssystem wie BlueCat Linux aufweist und eine Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2208, die Daten aussenden kann und empfangen kann zu und von anderen Einheiten und Daten speichern kann. Die Spei cher/Netzwerkverbindung 2208 kann einen Datenspeicher beinhalten, etwa einen dauerhaften Datenspeicher 2210.
  • Die Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2008 kann eine oder mehrere Netzwerkverbindungen aufweisen, die angepasst sind zur Verbindung von Einheiten außerhalb der RCU und Aussenden und Empfangen von Daten und Steuersignalen. Die Netzwerkwerkverbindungen können eine CAN Verbindung 2212 aufweisen, wie eine J1939 Konnektor, einen USB Konnektor 2214 und einen Ethernetkonnektor 2216. Die Netzwerkkonnektoren können eine Mehrzahl von Daten 2218 empfangen oder eine Mehrzahl von Daten 2220 aussenden. Beispiele von Ethernetdaten 2222, die von dem Ethernetkonnektor empfangen worden sind, weisen Laserscannerbereichsdaten, GPS Positionsdaten, Kompassausrichtungsdaten, Fernbedienungsbefehle von einer entfernten Operatorsteuereinheit (OCU) Armaturenbrettdisplaystatus und Eingangs- und Softwareupgrades auf. Ein Beispiel von USB Daten 2224 können Softwareupgrades aufweisen. Beispiele von CAN Daten 2226 weisen Fahrzeugstatusinformation, Fahrzeugbetriebsschalter und Diagnosebefehle von den CAN Diagnoseanschlüssen auf. Beispiele von übertragenen Ethernetdaten 2228 weisen Telemetriedaten an eine entfernte OCU, Dashboarddispiaybefehle und Softwareupdates an andere RCUs auf. Ein Beispiel von übertragenen USB Daten 2230 weisen Dateien auf. Beispiele von übertragenen CAN Daten 2232 weisen Treiberkommandos an eine Überwachungs VCU und diagnostische Antworten an den CAN Diagnoseanschluss auf.
  • Die Applikationsebene 2202 kann eine oder mehrere Applikationen aufweisen, etwa einen RCU Funktionalcode oder Treiberverläufe. Beispielsweise können die Applikationen einen Konfigurationscode 2201 aufweisen, der Konfigurationsdateien aus einem Speicher liest, etwa einem dauerhaften Speicher und diese Werte in geeignete Orte in dem Datentransport eingibt. Die Applikationen können auch eine Hinderniskarte und -erkennung 2203 aufweisen. Die Hinderniskarte und der Detektionscode können einen Eingangsbereich und Odometrieaten aufnehmen und eine zweidimensionale Hinderniskarte erstellen.
  • Andere Applikationen können einen Fernbedienungscode 2205 aufweisen, der Eingangskommandos von einer entfernten OCU aufweist und eine Bahn zur Verwendung von einem Antriebsschlichter 2211 und verschiedene diskrete Werte ausgibt und einem Folgebetrieb oder einem halbselbständigen Betrieb 2207, der Hindernisdaten aus der Hinderniskarte zum Orten eines Ziels oder eines Objekts zum Folgen und Ausgeben von Bahnsätzen zur Verwendung für den Antriebsschlichter 2211. Der Wegpunktnavigationscode 2209 kann weiter eingeschlossen sein, der Eingangswegpunktewerte empfangt von einem ausgewählten Weg eines Ausgangs eines Bahnsatzes zur Verwendung von dem Antriebsarbiter 2211. Der Antriebsarbiter 2211 kann eingebunden sein in die Applikationen zum Empfangen von Eingangsbahnsätzen und Prioritäten von verschiedenen Antriebsverläufen, Hindernisdaten aus der Hindernismappe und Konfigurationsdaten von verschiedenen Konfigurationspublikationen. Der Antriebsarbiter 2211 kann weiter ausgewählte Bahndaten zu Aktuatoren oder anderen Einheiten außerhalb der RCU ausgeben.
  • Die Applikationen können ebenfalls einen Datenloggingcode 2213 beinhalten, der Statusdaten von Fahrzeugsensoren empfangen kann und Daten in den Datenspeicher schreiben kann, etwa einem dauerhaften Datenspeicher 2210. Nach dem Empfangen eines Operatorbefehls kann der Datenloggingcode 2213 Daten drahtlos oder auf einer Verdrahtung an ein OCU oder eine entfernbare Datenspeichereinheit kopieren. Die Applikationen können weiter eine Datenaufzeichnung 2215 und einen Wegplayback 2217 Code aufweisen. Der Wegaufzeichnungscode 2215 kann Ortsdaten von den Fahrzeugsensoren empfangen und Eingaben von einem Operator und diese Daten schreiben, etwa als eine Repräsentation der Fahrtwegpunkte, in einen Datenspeicher, etwa einem dauerhaften Datenspeicher. Der Wegplaybackcode 2217 kann einen Weg aufnehmen, der bestimmt ist von einem Operator und die Wegpunkte abspielen mit dem Pfad zur Wegpunktnavigation.
  • Die Applikationen können weiter einen Telemetriecode 2219 aufweisen, der Statusdaten von Fahrzeugsensoren empfangen und Pakete zu einer entfernten RCU aussenden kann. Eine Dashboarddisplaysteuerung 2221 kann weiter vorgesehen sein, die Statusdaten von Fahrzeugsensoren empfangen kann und Eingaben von einem Dashboarddisplay und die Displaybefehle an das Dashboarddisplay ausgeben kann.
  • Die Applikationen können weiter einen Manager zum Upgraden der Version 2223 und eine VCU Schnittstelle 2225 aufweisen. Der Manager 2223 zum Upgraden der Version kann Upgrades der Software aufnehmen und die Softwareupgrades zu anderen RCUs verteilen. Die VCU Schnittstelle 2225 kann Antriebs- und Diagnosebefehle empfangen und Antriebsbefehle an die VCU über geeignete CAN Botschaften aussenden und Diagnosebotschaften an andere VCUs aussenden und ihre Berichte zu dem VCU zurückgegeben. Ein Hindernisvermeidungscode 2227 kann ebenfalls beinhaltet sein. Der Hindernisvermeidungscode 2227 kann Eingangsbahnen von dem Antriebsarbiter 2211 empfangen und Hindernisdaten von der zweidimensionalen Hinderniskarte und diese Bahnen entsprechend den Hindernisvermeidungsregeln bewerten.
  • 29 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Softwarearchitektur für eine nach vorne wahrnehmende Maschine RCU 2 2300. Die RCU kann eine nach vorne wahrnehmende Maschine RCU werden, nachdem sie als solche ausgebildet ist und die geeigneten Applikationen empfangt. Die nach vorne wahrnehmende Maschine RCU 2 Softwarearchitektur 2300 kann eine oder mehrere Softwareebenen beinhalten. Beispielsweise können die Ebenen eine Applikationsebene 2302 beinhalten, die einen von einem Computer ausführbaren Code aufweist, wie Applikationen, eine Transportebene 2304, die einen ausführbaren Code beinhaltet, etwa beispielsweise iRobot AwareTM, zum Unterstützen einer Kommunikation mit externen Einheiten und/oder Applikationen auf der Applikationsebene 2302, einer Betriebssystemebene 2306, die ein Betriebssystem wie BlueCat Linux beinhaltet und eine Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2308, die Daten von anderen Einheiten aussenden und empfangen und Daten speichern kann. Die Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2308 kann einen Datenspeicher, etwa einen dauerhaften Datenspeicher 2310 beinhalten.
  • Die Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2308 kann eine oder mehrere Netzwerkverbindungen aufweisen, die zum Verbinden mit einer Mehrzahl von Einheiten außerhalb der ACU und Aussenden und Empfangen von Daten oder Steuersignalen eingerichtet sind. Die Netzwerkverbindungen können eine CAN Verbindung 2312, etwa einen J 1939 Verbinder, einen Digitalverbinder 2314, einen Ethernet-Konrektor 2316 und einen seriellen Konnektor 2318, etwa ein RS 232 oder einen RS 422-Konrektor aufweisen. Die Netzwerkkonnektoren können verwendet werden zum Empfangen einer Mehrzahl von Daten 2320 oder Aussenden einer Mehrzahl von Daten 2322. Beispiele serieller Daten 2324, die von dem seriellen Konnektor 2218 empfangen werden, weisen Botschaften von einem Laserscanner, etwa LMS 291 und Höhenmeldungen von einem Neigungsbewegungskontrollerplatine auf. Ein Beispiel von Ethernet Daten 2326 weisen Abtaststeuerbefehle auf. Ein Beispiel digitaler Daten 2328 weist horizontale Sync Impulsdaten von einem LMS 291 Laserscanner auf. Ein Beispiel von CAN Daten 2330 weist Meldungen von einer Bewegungskontrollerplatine ein. Beispiele von übertragenen seriellen Daten 2332 weisen Befehle an einen Laserscanner, etwa LMS 291 auf und Bewegungssteuerbefehle, etwa einen Neigungsbewegungssteuerplatine. Ein Beispiel von Ethernet Daten 2334 weist Bereichsdaten einer anderen RCU, etwa über eine Botschaftswarteschlange auf. Ein Beispiel übertragener CAN Daten 2336 weist Bewegungssteuerbefehle, etwa eine Neigungsbewegungssteuerplatine auf. Ein Beispiel von Ethernet Daten 2334 weist Bereichsdaten zu einer anderen RCU, etwa über eine Botschaftsschlange auf. Ein Beispiel von übertragenen CAN Daten 2336 weist Bewegungssteuerbefehle, etwa einer Neigungsbewegungssteuerplatine, auf. Die Applikationsebene 2302 kann eine oder mehrere Applikationen aufweisen, etwa einen RCU funktionalen Code oder Antriebsverläufe. Beispielsweise können die Applikationen einen Laserscannerantrieb aufweisen, etwa einen LMS 291 Treiber 2301, einen Neigungsbewegungskontroller 2303 und einen dreidimensionalen Kartengenerator 2305. Der LMS 291 Treiber 2301 kann Konfigurationsdaten lesen, die einen Laserscanner konfigurieren, beispielsweise LMS 291, zum kontinuierlichen Ausgeben von Bereichsdaten bei einer bestimmten Frequenz. Ein Beispiel einer solchen Frequenz ist 75 Hz. Der LMS 291 Treiber 2301 kann weiter Bereichsdaten auslesen und diese zeitlich bestimmen und die Daten an eine Netzwerkbotschaftsschlange aussenden zur Verwendung von einem dreidimensionalen Kartengenerator.
  • Der Neigungsbewegungskontroller 2303 kann Konfigurationsdaten auslesen, Befehle zum Steuern des Neigungs/Abtastverhaltens ausgeben und die Abtasthardware entsprechend den vorangehenden Befehlen manipulieren. Der Neigungsbewegungskontroller 2303 kann auch horizontale Synchronisierungsimpulse empfangen als eine Unterbrechung und den Zeitpunkt der letzten Unterbrechung beachten. Zusätzlich kann der Neigungsbewegungskontroller 2303 Meldungen von einer Neigungsbewegungskontrollerplatine empfangen, den Zeitpunkt des Starts der letzten Abtastung basierend auf empirisch bestimmten festen Versatzdaten aus den horizontalen Synchronisierungsimpulsen, verwendet diese Zeit zum zeitigen Bestimmen der Daten und sendet die zeitlich bestimmten Daten an den dreidimensionalen Kartengenerator 2305.
  • Der dreidimensionale Kartengenerator kann Konfigurationsdaten lesen, liest Abtastungen des Laserscannertreibers 2305, zeitlich bestimmte Mitteilungen von dem Neigungsbewegungskontroller 2303 und berechnet die Neigung des Neigungsmechanismus an dem Start des letzten Abtastbereichs basierend auf beispielsweise einer sinusförmigen Bewegung der Neigung. Der dreidimensionale Kartengenerator 2305 kann ebenfalls jede Abtastung mit berechneter Neigung bei dem Beginn der Abtastung markieren, die Bereichsdaten ausgeben versehen mit einer Information an eine Netzwerkmitteilungswarteschlange zur Verwendung von einer Überwachungs-RCU und Erkennen eines Verlust an Synchronisation aufgrund von Fehlern und Resynchronisieren durch Vernachlässigen von Daten bis eine Übereinstimmung zwischen allen Zeitangaben erreicht werden kann.
  • 30 zeigt als Ausführungsbeispiel der Software Architektur für eine nach vorne wahrnehmenden Maschine RCU 2400. Die Software Architektur 2400 weist eine Mehrzahl von Softwareebenen auf. Beispielsweise können die Ebenen eine Applikationsebene 2402 aufweisen, die Applikationen hat, eine BSB BIOS Ebene oder optionale Betriebssystemebene 2404, die ein Betriebssystem aufweisen kann oder einen anderen Signalverarbeitungscode und eine Netzwerkverbindungsebene 2406. Ein Beispiel eines Betriebssystems einschließlich auch der DSP Betriebssystem Ebene 2404 weist einen Texas InstrumentsTM DSP BIOS auf.
  • Die Netzwerkwerkverbindungsebene 2406 kann eine oder mehrere Konnektoren aufweisen wie einen digitalen Eingang und Ausgang 2408, einen Codierkonnektor 2410, einen Hall Effekt Konnektor 2412, einen CAN Konnektor 2414, etwa einen J 1939 Konnektor, Analogeingang 2416, seriellen Konnektor 2418, etwa eine RS 232 oder RS 422 Konnektor und Motorphasenausgang 2420. Die Netzwerkkonnektoren können verwendet werden zum Empfangen einer Vielzahl von Daten 2428 oder Aussenden einer Mehrzahl von Daten 2430. Beispiele von seriellen Daten 2432, die von dem seriellen Konnektor 2418 empfangen worden sind, weisen eine Identifikation von anderen RCUs auf und eine Befehlsleitungsschnittstelle. Ein Beispiel von empfangenen CAN Daten 2434 weist J 1939 Mitteilungen auf. Ein Beispiel von empfangenen Halleffekten 2436 weist eine Kommutation von den Halleffekt-Sensoren auf den Motorwellen auf. Ein Beispiel von Empfangscodierdaten 2438 weist inkrementale Codierdaten auf einem Neigungsmechanismus auf. Ein Beispiel von empfangenen Digitaldaten 2440 weist einen Synchronisierungsimpuls von einem Laserscanner, etwa einem LMS 291 Laserscanner auf. Ein Beispiel von übertragenen CAN Daten 2442 weist J 1939 Mitteilungen auf. Ein Beispiel von Motorphasendaten 2444 weist dreiphasige Motorphasen A, B und C auf.
  • Applikationen auf der Applikationsebene 2402 können eine Neigungsbewegungsmotorsteuerung 2401 aufweisen. Die Neigungsbewegungsmotorsteuerung 2401 kann mit einem Laserneigungsaktuator oder anderen Einheiten kommunizieren unter Verwendung eines J 1939 Protokolls und über eine CAN Bus. Die Neigungsbewegungsmotorsteuerung kann auch eine Befehlsliniendebugging aufweisen über dieselbe oder eine andere Netzwerkverbindung.
  • 31 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Softwarearchitektur für eine rückwärtig wahrnehmende Maschine RCU 3 2500. Die RCU kann eine rückwärtig wahrnehmende Maschine RCU werden, nachdem sie als solche ausgebildet ist und einen geeigneten Applikationscode empfängt. Die rückwärtig wahrnehmende Maschinensoftwarearchitektur kann weiter eine Mehrzahl von Softwareebenenaufweisen, etwa eine Applikationsebene 2502, die eine oder mehrere Applikationen aufweist, eine Datentransportebene 2403, eine Betriebssystemebene 2506, die ein Betriebssystem aufweisen kann, etwa BlueCat Linux und eine Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2508. Die Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2508 kann einen Datenspeicher aufweisen, etwa einen dauerhaften Datenspeicher 2510 und eine oder mehrere Netzwerkverbinder, die es dem RCU erlauben, Daten und andere Kommunikationen zu den Einheiten außerhalb der RCU auszusenden und von diesen zu empfangen.
  • Die Anwendungsebene 2502 kann eine Laserscannerantriebsapplikation beinhalten, etwa einen LMS291 Treiber 2501, der Konfigurationsdaten, Konfigurationen der Laserscanner für eine kontinuierliche Ausgabe von Bereichsdaten liest, Bereichsdaten liest und die Daten an eine Netzwerkmitteilungsschlange ausgibt zur Verwendung von einer Überwachungs-RCU. Die Applikationsebene 2502 kann ähnliche oder gleiche Verlaufscode, Architektur oder anderes wie die nach vorne wahrnehmende Maschine aufweisen.
  • 32 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Softwarearchitektur für eine Kamera- und eine Lenkungs-RCU 4 2600. Die Kamera- und Lenkungssoftwarearchitektur 2600 kann eine Mehrzahl von Softwareebenen aufweisen, die eine Applikationsebene 2602, die eine oder mehrere Applikationen beinhaltet, eine Datentransportebene 2604, eine Betriebssystemebene 2606, die ein Betriebssystem aufweisen kann, etwa eine BlueCat Linux und eine Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2608. Die Datenspeicher/Netzwerkverbindungsebene 2608 kann einen Datenspeicher beinhalten, etwa einen dauerhaften Datenspeicher 2612 und einen oder mehrere Netzwerkkonnektoren zum Aussenden und Empfangen von Daten. Ein Beispiel von von der RCU empfangenen Daten 2632 weist ein Vi deo von Antriebskameras, Antriebskameraauswahlbefehlen, Softwareupgrades und Updates und eine Identifikation von anderen RCUs auf. Beispiele von von der RCU übertragenen Daten 2634 können eine RCU Identifikation aufweisen, ein Video an eine OCU, Befehle an die Fahrbetriebskamera und eine Kameraspannungssteuerung.
  • Die Applikationsebene 2602 kann eine oder mehrere Applikationen beinhalten, etwa den Kameratreiberkontroller 2601 und den Videoformatwandler 2603. Der Fahrbetriebskamerakontroller 2601 kann eine Fahrbetriebskamera basierend auf Konfigurationsdaten und Befehlen, die über ein Netzwerk empfangen worden sind, konfigurieren, eine aktive Fahrbetriebskamera basierend auf den Befehlen auswählen, eine aktive Fahrbetriebskamera basierend auf Befehlen auswählen, den Ausgang von inaktiven Kameras lahm legen, um die Belastung des Netzwerkes zu reduzieren und/oder die Kameraspannung ein- oder ausschalten. Der Videoformatkonverter 2603 kann ein Video lesen, etwa ein MJPEG Video, aus der aktiven Fahrbetriebskamera, das MJPEg Video in ein Untersatz-Format wandeln und einen Videostrom in dem Untersatz-Format in ein OCU Multicast.
  • 33 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Softwarearchitektur für eine Kamera und Lenkungs-RCU 4 2700. Die Kamera- und Lenkungssoftwarearchitektur 2700 kann eine Mehrzahl von Softwareebenen aufweisen, etwa eine Applikationsebene 2702, eine DSP Betriebssystemebene 2704 und eine Netzwerkverbindungsebene 2706. Die DSP Betriebssystemebene 2704 kann ein DSP BIOS oder ein optionales Betriebssystem aufweisen. Die Netzwerkverbindungsebene 2706 kann ein oder mehrere Typen von Netzwerkwerkkonnnektoren beinhalten, die verwendet werden können um Daten 2708 und Daten 2730 zu empfangen.
  • Die Applikationsebene 2702 kann eine oder mehrere Applikationen beinhalten. Beispielsweise können die Applikationen eine Lenkungsaktuatorsteuerungsapplikation 2701 beinhalten. Die Lenkungsaktuatorsteuerung 2701 kann einen Befehlsleitungs line debug? über einen ersten Netzwerkkonnektor schaffen, etwa einem RS232 und mit einem oder mehre ren äußeren Einheiten kommunizieren, etwa Aktuatoren, über einen zweiten Netzwerkkonnektor, etwa einem CAN Konnektor, der ein J1939 Protokoll verwendet.
  • 9 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Robotersteuermoduls 400. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 9 gezeigt ist, hat das Roboterkontrollmodul oder RCU 400 vier Hochgeschwindigkeitspaketnetzwerkanschlüsse 408, die im Inneren des Moduls 400 mit dem Mehranschlussnetzwerkschalter 406 verbunden sind. Die Anschlüsse 408 sind extern mit einem Paketnetzwerk verbunden, das dazu in der Lage ist, Befehle für den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller weiterzugeben. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das verwendete Paketnetzwerk Ethernet und die Anschlüsse 408 sind Ethernetanschlüsse und der Schalter 406 ist ein Ethernetschalter. Beispielsweise werden die Ethernetpakete von den anderen Robotersteuermodulen, Sensoren und anderen Einheiten an den Anschlüssen 408 empfangen. Diese Pakete werden von dem Schalter 406 verarbeitet. Wenn ein Paket für eine andere Einheit in dem Netzwerk bestimmt ist, routet der Schalter die Pakete zu der Einheit. Wenn ein Paket für die Robotersteuereinheit 400 bestimmt ist, führt der Schalter 406 das Paket zu dem SBC 416. In ähnlicher Weise empfängt der Schalter 408 ausgehende Pakete von dem SBC 416 und routet diese zu ihrem Bestimmungsort. Der Schalter 408 kann alle notwendigen Authentifizierungs- und Bestätigungsroutinen ausführen und Mitteilung, die von dem Netzwerk benötigt werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Spannungsversorgung 418 dazu in der Lage, Spannung des Fahrzeugs zu empfangen und eine Vielzahl von geregelten Spannungen auszugeben. Der Eingang der Spannung des Fahrzeugs kann von 8 V bis 36 V DC und nicht geregelt sein. Die Fahrzeugspannung kann von einem Generator in dem Fahrzeug erzeugt werden und so unreguliert sein und Leistungsspitzen, Leistungsabfälle und Überströme aufweisen, im Allgemeinem im Bereich von 8–36 V. Wie unten im Einzelnen erläutert werden wird, empfängt die Spannungsversorgung 418 die nicht geregelte Fahrzeugspannung von dem Mehrstift-Konnektor 428 und gibt 5 V, 12 V und 24 V Spannung ab. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Leistungsversorgung eine erste Stufe auf, die die nicht gere gelte Spannung wandeln und konditionieren kann, eine geregelte Spannung auf einem ersten Niveau und eine zweite Spannung, die das erste Spannungsniveau in mehrere Spannungsniveaus behandeln kann. Bei anderen Ausführungsbeispielen weist die Spannungsversorgung eine Stufe auf, die die nicht geregelte Spannung in Spannungen mehrerer Niveaus konvertiert und konditioniert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die 5 V Spannung im Inneren des Robotersteuermoduls verwendet, um die SBC 416, den Motorkontroller 414 und den Schalter 406 zu steuern. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die 5 V Spannung außerhalb des Robotersteuermoduls 400 verfügbar sein. Das Robotersteuermodul 400 kann, bei einem Ausführungsbeispiel, die 12 V und 24 V Spannung außerhalb des Robotersteuermoduls 400 über den Mehrstift-Konnektor 426 verfügbar machen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind zwei Quellen von 12 V Spannung von der Spannungsversorgung 418 an dem Mehrstift-Konnektor verfügbar. Weitere Einzelheiten über die Spannungsversorgung 418 werden unten unter Bezugnahme auf die 12–14 beschrieben.
  • Der Motorverstärker 410 empfängt Fahrzeugspannung von dem Motorkonnektor 412 und gibt eine dreiphasige DC Leistung zum Steuern eines zugehörigen Generators, wie einem Motor, ab. Der Motorverstärker kann Spannung zum Steuern der bürstenlosen Gleichspannungsmotoren und der mit Bürsten versehenen Gleichspannungsmotoren liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Motorverstärker ausreichend Leistung zum Steuern eines AC Motors liefern. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann eine Mehrzahl von Motorverstärkern verwendet werden, wobei jeder Spannung an einen einzelnen zugehörigen Aktuator liefert. Unterschiedliche Motorverstärker können ebenfalls verwendet werden zum Schaffen unterschiedlicher Höhen der DC Spannung. Der Motorverstärker 410 erzeugt die Aktuator- oder Motorspannung über den Motorkonnektor 412. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Motorkonnektor 412 ein Deutsch-Konrektor. Ein Notausschalter (E-Stop) System kann an dem Eingang der Leistungsspannung zu dem Motorkonnektor 412 angeordnet sein. Diese Ausgestaltung sorgt dafür, dass eine Aktivierung eines E-Stopps die Spannung an dem Motorverstärker und den Aktuatoren abschaltet, Leistung jedoch von der Leistungsversorgung 418 zu der SBC 416 und anderen Komponenten jedoch beibehalten wird.
  • Der Motorverstärker 410 wird durch Signale gesteuert, die von der Motorsteuerung 414 aufgenommen werden. Einige Ausführungsbeispiele der Motorsteuerung weisen digitale Eingänge und Ausgänge und analoge Eingänge auf. Die Motorsteuerung 414 kann Eingänge empfangen, etwa als Robotersteuerungsangaben, von der SBC 416, Puffern 422 oder anderen SBCs (beispielsweise in anderen RCUs) und diese Eingänge verarbeiten, um Kontrollsignale zu erzeugen zum Aussenden an den Motorverstärker 410. Beispielsweise kann die Motorsteuerung 414 analoge Eingänge empfangen, etwa als Spannungsmonitore auf unterschiedlichen Niveaus, etwa 24, 5, 3.3, 2.654 und 1,4 Volt, Temperaturmonitore des Motorverstärkers 410 und Platinentemperaturen, Strommonitorsignale bezüglich einer Drehmomentrückkopplung, Potentiometerauslesungen, die zum Regeln der Lenkposition verwendet werden und RCU Identifikationen, die zum Identifizieren der Art des RCU verwendet werden und eine bestimmte Funktionalität erlauben, wie eine Lenkungs- und Neigungssteuerung. Der Motorkontroller 414 kann ebenfalls digitale Eingänge empfangen, etwa codierte Eingänge für eine Neigungssteuerung, Synchronisationsimpulse zur Bewirkung einer Synchronisierung von Laserdaten, Signalen, die verwendet werden zum Konfigurieren des Motorverstärkers 416, Signale, die zum Kommunizieren mit dem SBC 416 verwendet werden, etwa zum Schaffen einer Verwenderbefehlsleitungsschnittstelle und zum Lesen von Kompassdaten, CAN Daten, die als Kommunikationsschnittstelle verwendet werden und einer physikalischen Ebene für J1939 Protokoll und Motorsteuerungsfehlersignale, die ein Interrupt auslösen können, wenn sie erkannt werden. Die Motorsteuerung 414 kann digitale Signale wie PWM Signale ausgeben, die zum Steuern des Motordrehmoments, Motorverstärkerausgänge, Motorrichtungssteuerung und ein LED Signal, das als Indikator verwendet wird, ausgeben. Einige Ausführungsbeispiele der Motorsteuerung 414 verwenden ein J1939 Protokollkommunikationsstandard basierend auf einer CAN physikalischen Schnittstelle. Daten, die von der CAN Schnittstelle empfangen und übertragen werden, können periodisch gelesen, geschrieben und gespeichert werden in Prioritätsschlangen zum Verarbeiten durch eine J1939 Stapel. Der J1939 Stapel kann eingehende Daten durch Ausführen einer Rückruffunktion verarbeiten, die zu ankommenden Mitteilungsdaten zugehörig sind. Die Anwendung kann eine geeignete Funktion für ausgehende Daten basierend auf der zu sendenden Botschaft aufrufen. Diese Daten werden sodann von dem J1939 Stapel verarbeitet und an die Übertragungsschlange angeordnet werden. Die Motorsteuerung 414 kann auch eine RS232 physikalische Schnittstelle verwenden. Die Signale zu und von der Motorsteuerung 414 können durch Peripheriegeräte verarbeitet werden, etwa DSP Peripheriegeräte. Analoge Eingänge und eine oder mehrere digitale Eingänge können von einer Applikation verarbeitet werden basierend auf der Aufruf- oder Interrupthandhabung.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Motorsteuerung 414 einen Digital Signal Processor (DSP). Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Motorsteuerung eine programmierbare logische Einheit oder ein Gatterfeld aufweisen. Die Motorsteuerung DSP kann eine Applikationssoftware booten, eine Diagnose ausführen, ein Update einer Onlinesoftware ausführen, die Motorkontroller und Motorverstärkermodule einstellen und konfigurieren, eine RCU Identifikation bestimmen, eine Position, die Geschwindigkeit oder die jeweiligen Steuerfunktionen ausführen, Sensoren auslesen, die Funktionsfähigkeit des Systems beobachten, den Verwender mit einer Befehlsleitungsschnittstelle zum Konfigurieren und Testen versorgen.
  • Weitere Einzelheiten bezüglich des Betriebs des Motorverstärkers 410 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 14A–16 beschrieben.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Robotersteuermodul ein montierbares Gehäuse aufweisen (beispielsweise das Gehäusemodul 500, das aus den Gehäusen 502–504 gebildet ist), einen umprogrammierbaren Aktuatorkontroller (beispielsweise den Motorkontroller und/oder das DSP 414) innerhalb des montierbaren Gehäuses, einen Aktuatorkonnektor (beispielsweise Konnektor 412), der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und ein Signal für den Aktuatorantrieb kommuniziert, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller moduliert wird, ein Paketnetzwerkschalter (beispielsweise den Schalter 406, etwa einen Ethernetschalter oder -router). Innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei jeder aus der Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren (beispielsweise den Konnektoren oder Anschlüssen 408, die von außerhalb des montierbaren Moduls zugänglich sind, dazu in der Lage sind, mit einem Paketnetzwerk zu verbinden und mit dem Paketnetzwerkschalter zu kommunizieren, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle von der umprogrammierbaren Aktuatorsteuerung weiterzugeben und eine Spannungsversorgung (beispielsweise die Spannungsversorgung 418 (innerhalb des montierbaren Gehäuses) wobei die Spannungsversorgung eine nicht regulierte Spannung von der mobilen Roboterplattform über einen Spannungseingang zu dem montierbaren Gehäuse aufnimmt (in diesem Fall über den Mehrstift-Konnektor 426) und die nicht geregelte Spannung in eine innere geregelte Spannung wandelt (beispielsweise 5 V) für den Paketnetzwerkschalter und den umprogrammierbaren Aktuatorkontroller und in äußere geregelte Spannung (beispielsweise 12 und/oder 24 V), einen Spannungsversorgungskonnektor (beispielsweise auch, nicht aber notwendigerweise, den Mehrstift-Konnektor 426), der von außerhalb des montierbaren Moduls verfügbar ist, und dazu in der Lage ist, eine Verbindung zu der äußeren geregelten Spannung herzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 9 wird erläutert, dass bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Robotersteuermodul ein montierbares Gehäuses 404, einen umprogrammierbaren Aktuatorkontroller 414 innerhalb des programmierbaren Gehäuses, das dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale in dem montierbaren Gehäuse auszugeben, einen Aktuatorverstärker (beispielsweise den Motorverstärker 410) in dem montierbaren Gehäuse 404, das das Aktuatorsteuersignal von der umprogrammierbaren Aktuatorsteuerung 414 aufnimmt, einen Aktuatorkonnektor 412, der außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist, beispielsweise der Mehrstift-Konnektor 426, mit dem Aktuatorantriebsignal kommunizierend, das von der umprogrammierbaren Aktuatorsteuerung 414 moduliert ist, und den Aktuatorverstärker (beispielsweise den Motorverstärker 410), einen Paketnetzwerkschalter 406 in dem montierbaren Gehäuse, wobei jeder aus der Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren 408 von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und zur Verbindung mit einem Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, mit dem Paketnetzwerkschalter 406 kommuniziert, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle von dem umprogrammierbaren Aktuatorkontroller 414 weiterzugeben und eine Spannungsversorgung 418 in dem montierbaren Gehäuse 404, die eine nicht geregelte Spannung von dem Fahrzeug über einen Spannungseingang aufnimmt (beispielsweise 426) zu dem montierbaren Gehäuse 404 und die nicht geregelte Spannung in eine interne geregelte Spannung für den Paketnetzwerkschalter 406 und die programmierbare Aktuatorsteuerung 414 und in eine äußere geregelte Spannung wandelt, sowie einen Spannungsversorgungskonnektor (beispielsweise 426), der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und zur Verbindung mit der äußeren geregelten Spannung verbunden werden kann, aufweist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Robotersteuermodul 400 ein montierbares Gehäuses 404, einen Mikroprozessor 416 mit einem einen Code ausführenden dynamischen Speicher (beispielsweise einen RAM) und einen einen Code speichernden nicht-flüchtigen Speicher (beispielsweise ein Flash) auf in dem montierbren Gehäuse 404 auf, wobei die Mikroprozessorplatine 416 dazu in der Lage ist, verschiedene Robotersteuerverhalten auszuführen und miteinander abzustimmen, eine umprogrammiere Aktuatorsteuerung 414 in dem montierbaren Gehäuse 404, das dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale in dem montierbaren Gehäuse entsprechend dem Robotersteuerverhalten auszugeben, einen Aktuatorverstärker (beispielsweise 415) in dem montierbaren Gehäuse 404, das das Aktuatorsteuersignal von der umprogrammierbaren Aktuatorsteuerung 414 aufzunehmen, einen Aktuatorkonnektor 414, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und mit einem Aktuatortreibersignal kommuniziert, das durch die umprogrammierbaren Aktuatorsteuerung 414 und dem Aktuatorverstärker (beispielsweise 426) moduliert ist, einen Paketnetzwerkschalter 406 innerhalb des montierbaren Moduls 414, wobei jedes aus der Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren 404 von außerhalb des mon tierbaren Moduls zugänglich ist und dazu in der Lage ist, eine Verbindung mit einem Paketnetzwerk herzustellen und mit dem Paketnetzwerkschalter 406 kommuniziert, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle für die umprogrammierbare Aktuatorsteuerung 414 weiterzugeben, und einer Spannungsversorgung 418 in dem montierbaren Modul 404, wobei die Spannungsversorgung 418 eine nicht geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform über einen Spannungseingang (beispielsweise 426) zu dem montierbaren Gehäuse 404 aufnimmt und die nicht geregelte Spannung in eine interne geregelte Spannung für die Mikroprozessorplatine, die umprogrammierbare Aktuatorspannung 414 und den Paketnetzwerkschalter 406 und in eine äußere geregelte Spannung umwandelt, wobei ein Spannungsversorgungskonnektor (beispielsweise 426) von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und zur Verbindung mit der äußeren geregelten Spannung in der Lage ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Robotersteuermodul 400 ein montierbares Gehäuse 404, einen Mikroprozessor 416 mit einem einen Code ausführenden dynamischen Speicher und einen einen Code speichernden nicht-flüchtigen Speicher in dem montierbaren Gehäuse 404 auf, wobei die Mikroprozessorplatine 416 weiter eine Mehrzahl von Protokolltransceivern 420 aufweist (beispielsweise RS232, – 422, CAN Bus) und dazu in der Lage ist, einen Transceiverüberwachungscode auszuführen (beispielsweise Protokollstapel oder Treiber); einen Mehrstift-Konnektor 426, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und eine Kommunikation mit der Mehrzahl von Protorkolltransceivern herstellen kann (beispielsweise zum Verbinden von Sensoren und dgl.), einen umprogrammierbaren Aktuatorkontroller 414 in dem montierbaren Modul, das Modul, das dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale in dem montierbaren Gehäuse 404 auszugeben, einen Aktuatorverstärker (beispielsweise einen Motorverstärker 410) in dem montierbaren Gehäuse 404, der das Aktuatorsteuersignal von der umprogrammierbaren Aktuatorsteuerung 414 empfängt, einen Aktuatorkonnektor 414, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses 404 zugänglich ist und ein Aktuatorantriebssignal kommuniziert, das von der umprogrammierbaren Aktuatorsteuerung 414 und dem Aktuator verstärker 410 moduliert worden ist, einen Paketnetzwerkschalter 406 in dem montierbaren Gehäuse 404, wobei jedes aus der Mehrzahl von Netzwerkkonrektoren 404 von außerhalb des montierbaren Gehäuses 404 zugänglich ist, die dazu in der Lage sind, eine Verbindung mit einem Paketnetzwerk herzustellen und mit dem Paketnetzwerkschalter 406 zu kommunizieren, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle für die umprogrammierbare Aktuatorsteuerung 414 weiterzugeben, und eine Spannungsversorgung 418 in dem montierbaren Gehäuse 404, wobei die Spannungsversorgung 418 nicht geregelte Spannung von dem Fahrzeug über einen Spannungseingang (beispielsweise 426) zu dem Modul aufnimmt und die nicht regulierte Leistung in eine interne geregelte Leistung für die Mikroplatine 416, die umprogrammierbare Aktuatorsteuerung 414 und den Paketnetzwerkschalter 406 und in eine äußere geregelte Spannung umzuwandeln, wobei ein Spannungsversorgungskonnektor (beispielsweise 426) von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und dazu in der Lage ist, mit der äußeren geregelten Spannung zu verbinden.
  • Wie oben beschrieben, können mehrere Robotersteuermodule in einem Robotersteuersystem eines Fahrzeugs oder einer mobilen Plattform verwendet werden. Die Robotersteuermodule können zusammen arbeiten, beispielsweise wie in 2 gezeigt und unter Bezugnahme auf die 2A–2D beschrieben, zum Verteilen der Verarbeitung und des Berechnens des Robotersteuersystems. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein verteiltes Robotersteuersystem für ein Roboterfahrzeug oder eine mobile Plattform eine Roboterplattform auf mit einem Körper (beispielsweise wie in den 4–7 gezeigt) und ein Motor 316, der mit einem Antrieb verbunden ist, einem definierten Satz von Robotersteuerroutinen, die ausgewählt sind aus Verhaltensentscheidungen und Verlaufen; Sensorantrieben; Treiber/Aktuator-Steuerungen, Datenbasisverwaltungen und Datenbasis oder Datenkonverter, eine Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen (beispielsweise RCU #1–#4 238, 254, 244, 262), wobei jedes austauschbar montierbare Modul einen Spannungseingang (beispielsweise optional über Mehrstift-Konnektoren 426), eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren (beispielsweise Anschlüsse 408) und einen Mehrstift-Konnektor (beispielsweise 426), der von der Außenseite des austauschbar mon tierbaren Moduls zulässig ist, aufweist, und wobei jedes austauschbar montierbare Modul aufweist: eine Mikroprozessorplatine 416 mit einem einen Code ausführenden dynamischen Speicher (beispielsweise SDRAM) und die Mikroprozessorplatine 416 weiter aufweist: eine Mehrzahl von Protokolltransceivern 420, wobei der Mehrstift-Konnektor 426 dazu in der Lage ist, eine Mehrzahl von Protokolltransceiversensoren zu kommunizieren und nicht-flüchtigem Speicher mit einem ausführbaren Code, wobei jede Mikroprozessorplatine 420 eines austauschbar montierbaren Moduls derart konfigurierbar ist, dass es einen ausgewählten Teil eines ausführbaren Codes ausführt, ein Paket des Schalters 406, wobei jeder aus der Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren dazu in der Lage ist, mit einem Paketnetzwerk zu verbinden, das über den Körper verteilt ist und mit dem Paketnetzwerkschalter 406 kommuniziert, wobei das Paketnetzwerk dazu in der Lage ist, Befehle für und von der Mikroprozessorplatine 416 weiterzugeben und die Mehrzahl von Mikroprozessorplatinen mit Befehlen versehen sein kann zum Laden und Ausführen von Diskreten des definierten Satzes von Robotersteuerroutinen, wie dargestellt und oben beschrieben unter Bezugnahme auf die 22–33, derart, dass alle der definierten Sätze von Robotersteuerroutinen unter der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen ausgeführt wird.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Robotersteuersystem vielseitige Robotersteuermodule auf (manchmal hier als Robotic Control Units (RCU)) bezeichnet, das verwendet werden kann zum Steuern der Betriebssysteme, wie einem Drosselsystem, einem Lenksystem, einem Bremssystem und einem Schaltsystem. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Robotersteuermodule über das Fahrzeug in leeren Räumen des Fahrzeugs verteilt. Leerraume können verschwendete Räume sein, die in dem Fahrzeug nicht verwendet werden vor der Installation des Robotersteuersystems, wie in den 4–8 gezeigt). Die Robotersteuermodule können unterschiedliche Funktionen haben. Beispielsweise kann ein Robotersteuermodul ein Betriebssystem steuern (beispielsweise ein System zum Betrieb eines Fahrzeugs) und ein anderes Robotersteuermodul kann Überwachungsfunktionen ausführen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Robotersteuermodul dazu in der Lage, jede von unterschiedlichen Funktionen abhängig von seiner Anordnung in dem Fahrzeug auszuüben.
  • Gegenständliche Ausbildung des Robotersteuermoduls
  • Wie in Einzelheiten in den 10–11D gezeigt, kann das Robotersteuermodul in einem einzelnen Gehäuse eingebracht sein in einer Weise derart, dass die Wärme reduziert wird, die Gesamtgröße des Packages reduziert ist und Komponenten vor elektromagnetischem Rauschen geschützt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Robotersteuerpackaging für eine mobile Roboterplattform eine Gehäuse 500 auf, das als ein flaches rechteckiges Prisma von sechs Flächenpanelen gebildet ist, wobei die vordere und die rückwärtige Fläche des Gehäuses auf den kleinsten Flächenpanelen der sechs Flächenpanelen ausgebildet ist, eine erste Schaltkarte in dem Gehäuse 508 angeordnet ist, sich von der Frontfläche zu der rückwärtigen Fläche erstreckend, wobei die erste Schaltplatine einen Signalprozessor 512 aufweist, der für elektromagnetisches Rauschen empfindlich ist, angeordnet in Richtung auf die Vorderfläche des Gehäuses, eine zweite Schaltplatine 506, die indem Gehäuse parallel zu der ersten Schaltplatine 508 angeordnet ist, sich von der Frontfläche zu der rückwärtigen Fläche erstreckend, wobei die zweite Schaltplatine 506 eine Motorverstärkerspule 516 aufweist und eine Spannungsversorgungsspule 516, die beide in Richtung auf die Rückfläche des Gehäuses 500 angeordnet sind und beide ein elektromagnetisches Rauschen erzeugen, und eine dritte Schaltplatine 510 in dem Gehäuse parallel sowohl zu der ersten als auch zu der zweiten Schaltplatine 508, 506 und zwischen der ersten Schaltungsplatine 508 und der zweiten Schaltungsplatine 506, wobei die dritte Schaltplatine 510 den Signalprozessor 512 gegen das elektromagnetische Rauschen abschirmt, das von der Motorverstärkerspule 514 und der Spannungsversorgungsspule 516 erzeugt wird.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel können die erste Schaltplatine 508 und die zweite Schaltplatine 506 zwischen sich ein flaches Zwischenvolumen begrenzen, wobei die Motorver stärkerspule 514, die Spannungsversorgungsspule 516 und die dritte Schaltkarte 510 und wenigstens einige der Komponenten der ersten Schaltplatine 508 und der zweiten Schaltplatine 506 sich in das flache Zwischenvolumen um einen Betrag erstrecken derart, dass solche Komponenten der ersten Schaltplatine 508 und der zweiten Schaltplatine 506, die sich mit dem flachen Zwischenvolumen überlappen. Das Robotersteuerpackaging für eine mobile Roboterplattform kann weiter derart konfiguriert sein, dass das Gehäuse aus einem wärmeleitfähigen Material besteht, wobei die erste Schaltplatine 508 eine Spannungsversorgungsschaltung aufweist, die innere Wärme erzeugt und mit dem Gehäuse 500 über einen direkten wärmeleitfähigen Pfad 520 verbunden ist und die zweite Schaltplatine 506 eine Motorverstärkerschaltung aufweist, die eine innere Wärme erzeugt und mit dem Modul über einen direkten wärmeleitfähigen Pfad verbunden ist, so dass das Gehäuse 500 als eine Wärmesenke für jede der Spannungsversorgungschaltung und der Motorverstärkerschaltung wirkt. Die Motorverstärkerschaltung, die eine innere Wärme erzeugt, kann eine Mehrzahl von MOSFETs aufweisen und derartige MOSFETs können jeweils angeordnet sein, um das Gehäuse, das mit dem Gehäuse verbunden ist, direkt berührt, so dass das Gehäuse als eine Wärmesenke für die Mehrzahl von MOSFETs wirkt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Anpassen einer existierenden mobilen Plattform an ein Robotersteuerpackaging ein und weist das Bilden einer Mehrzahl von montierbaren Modulen als flache rechteckige Prismen mit sechs freien Panelen auf, front- und rückwärtigen Flächen jedes montierbaren Moduls sind an den Panelen mit kleiner Fläche der sechs Flächenpanele begrenzt, wobei die Vorderfläche und rückwärtige Fläche zwischen sich einen Spannungseingang, einen Aktuatorkonnektor, eine Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren 524A–D und einen Spannungsversorgungskonnektor 522 haben; Auswählen einer Mehrzahl von Montageorten für die Mehrzahl von montierbaren Modulen auf der existierenden Modulplattform, wobei wenigstens einige der Montageorte ein Leerraum in den Innenräumen der existierenden mobilen Plattform hat, durch die kein sich bewegendes Teil durchlauft; Montieren einer Mehrzahl von montierbaren Modulen innerhalb der Montageorte; Verbinden aller montierbaren Module zur Bildung eines Kommunikationsnetzwerkes zwischen den Netzwerkkonnektoren, Verbinden aller der montierbaren Module über den Spannungseingang mit einer Spannungsquelle der existierenden mobilen Plattform; Verbinden ausgewählter der montierbaren Module mit einem entsprechenden Aktuator in der Nähe dazu, um über den Aktuatorkonnektor angetrieben zu werden; und Verbinden ausgewählter der montierbaren Module an einen entsprechenden Sensor nahe dazu, um von der Spannungsversorgung versorgt zu werden.
  • 10 ist eine Explosionsdarstellung der Bereiche des Robotersteuermoduls 500 nach dem einen Ausführungsbeispiel. 11A–D ist eine weitere Reihe von Explosionsdarstellungen des illustrativen Robotersteuermoduls 500. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Robotersteuermodul 500 in einem keilförmigen Kasten oder Modul aufgenommen, das aus zwei Keilhälften oder anderen montierbaren Gehäuse, Kasten oder Aufnahme mit einer passenden, verriegelnden oder versiegelbaren Oberseite und Boden ausgebildet sein kann. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der keilförmige Kasten oder das Modul Ausbildungen von passenden, verriegelnden oder versiegelbaren äußeren Wänden haben. Beispielsweise kann das kastenförmige Kastengehäuse ein erstes Gehäuse 502 und ein zweites Gehäuse 504 aufweisen. Das erste Gehäuse 502 und das zweite Gehäuse 504 können aufeinander passen, wie in 11D gezeigt, um ein rechteckiges Gehäuse zu bilden. Das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse können wärmeleitfähig sein und als Wärmesenke für die Komponenten in dem Gehäuse wirken. In dem Gehäuse können drei Schaltplatinen vorgesehen sein, eine zweite Schaltplatine 506, eine erste Schaltplatine 508 und eine dritte Schaltplatine 510. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die dritte Schaltplatine ein Einplatinenrechner, etwa wie der oben beschriebene SBC 416. Die erste Schaltplatine 508 kann an dem zweiten Gehäuse 504 befestigt sein und die zweite Schaltplatine 506 kann an dem ersten Gehäuse 502 befestigt sein.
  • Die zweite Schaltplatine 506 kann zwei Induktoren 514, 516 haben. Eine der Induktoren kann der Spannungsversorgungsschaltung zugehörig sein und der andere Induktor kann einer Motorverstärkerschaltung zugehörig sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die zweite Schaltplatine 506 einen Induktor aufweisen, der sowohl der Spannungsversorgungsschaltung als auch der Motorversorgungsschaltung zugehörig ist. Die Induktoren 514, 516 können auf die zweite Schaltplatine 506 mit Schrauben 528A–B montiert sein. Das Montieren der Induktoren 514, 516 an dem einen Ende der Schaltplatine reduziert eine Vibration der Platine. Die Induktoren 514, 516 können ein elektromagnetisches Rauschen erzeugen, das mit verschiedenen Komponenten des Robotersteuermoduls interferieren kann, etwa einem DSP oder einem anderen Signalprozessor. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die dritte Schaltplatine 510 parallel zu der ersten Schaltplatine und der zweiten Schaltplatine 506, 508 positioniert sein und kann an der ersten Schaltplatine 508 angebracht sein. Die dritte Schaltplatine 510 kann auf der ersten Schaltplatine 508 über einem Signalprozessor 512, etwa einem DSP positioniert sein, um den Signalprozessor 512 von einem elektromagnetischen Rauschen abzuschirmen, das von den Induktoren 514, 516 erzeugt wird.
  • Das Robotersteuermodul 500 ist auf eine Weise ausgebildet zum Reduzieren der Wärme des Moduls 500. Beispielsweise beinhaltet bei dem in den 10 und 11A–D gezeigten Ausführungsbeispielen die erste Schaltplatine eine Wärmesenke 518, die über den Spannungsversorgungsmodulen positioniert sein kann zum Absorbieren von Wärme, die von diesen Spannungsversorgungsmodulen erzeugt wird. In dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Wärmesenke eine Position, die sich zu dem Rand der ersten Schaltplatine 500 erstreckt, um Kontakt mit dem zweiten Gehäuse 504 zu machen, wenn die Platine 508 an dem Gehäuse 504 befestigt ist. Dies wirkt zur weiteren Verteilung von Wärme von den Spannungsversorgungsmodulen, wenn das zweite Gehäuse 504 Wärme leitet. Die zweite Schaltplatine 506 beinhaltet einige Elektronik 520, etwa MOSFETs, die an dem Rand der Platine 506 positioniert sind, so dass die Elektronik 520 einen wärmeleitenden Pfad zu dem ersten Gehäuse bildet. Dies kann Wärme über das wärmeleitende erste Gehäuse 502 verteilen. Die Verwendung einer Wärmesenke und die beschriebene Wärmeverteilungstechnik erlauben es dem Robotersteuermodul 502 die Verwendung eines mechanischen Gebläses zur Kühlung zu vermeiden.
  • Das Robotersteuermodul 500 ist derart konfiguriert, dass es die Größe des Moduls 500 verringert. Die zweite Schaltplatine 506 ist mit einem Spannungskonnektor 522 versehen, etwa einem Deutsch-Konnektor und Packagenetzwerkkonnektoren 524A–D wie Ethernetkonnektoren an einem ersten Ende des Gehäuses. Die erste Schaltplatine 508 ist mit Mehrstift-Konnektoren 526 versehen, etwa einem Cinch-Konnektor, der an einem zweiten Ende des Gehäuses angeordnet ist. Diese und andere Ausbildungsmerkmale erlauben es, dass das Robotersteuermodul 500 eine relativ geringe Größe hat. Bei einem Ausführungsbeispiel hat das Robotersteuermodul Dimensionen, die geringer sind als 5 Inch mal 8 Inch mal 10 Inch. Das Konfigurieren des Robotersteuermoduls mit den Mehrstift-Konnektoren 526 an einem Ende des Moduls 500 und der Paketnetzwerkkonnektoren 524A–D an dem anderen Ende hilft weiter, die Rauschstörung von den Mehrstift-Konnektoren 526 zu reduzieren, die mit den Paketnetzwerkkonnektoren 524A–D interferieren.
  • Spannungsversorgung für das Robotersteuermodul
  • 12 ist ein Blockdiagramm einer illustrativen Spannungsversorgung 800 des Robotersteuermoduls eines Ausführungsbeispiels. Die Spannungsversorgung erhält Fahrzeugspannung und gibt eine Mehrzahl von geregelten Spannungen ab. Bei dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Spannungsversorgungsschaltung die aufgenommene Fahrzeugspannung 802 von 8 V bis 36 V DC aufnehmen und kann nicht geregelt sein. Die Fahrzeugspannung 802 kann von einem Generator in dem Fahrzeug kommen und ist nicht geregelt und unterliegt Spannungsspitzen, Spannungsabfüllen und N-Rush-Strömen in dem allgemeinen Bereich von 8–36 V. Die Fahrzeugspannung 802 wird zu einer Boosterschaltung 804 aufgenommen. Ein illustratives schematisches Diagramm der Boosterschaltung 804 ist in 13 gezeigt.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Spannungsversorgung 800 wird ein zweistufiges Verfahren verwendet, um verschiedene Spannungen geregelter Leistung zu erzeugen. In dem ersten Zustand nimmt eine Boosterschaltung 804 die hochvariable Eingangsspannung 802 auf und gibt stetig 38 V bei 806 aus. In der zweiten Stufe wird die ausgegebene Spannung 806, die von einem Transformator oder während der Transformator darin aufgenommen wird, um die Spannung auf die gewünschte Höhe zu reduzieren. In dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel empfängt ein 5 V Transformator 808 und drei 12 V Transformatoren 810A–C die Ausgangsspannung 806 von der Boosterschaltung 807. Die 5 V Transformator 808 wandelt die 48 V Leistung in 5 V Leistung. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die 5 V Leistung intern verwendet, um die Komponenten in den Robotersteuermodulen zu versorgen, wie in 9 gezeigt ist, es könnte aber auch extern verwendbar ausgebildet sein. Die 12 V Transformatoren 810A–C wandeln die 48 V Spannung in eine 12 V Spannung. Die 12 V Transformatoren 810B–C sind verbunden um eine 24 V Spannung zu schaffen. Die 12 V und 24 V Spannung können außerhalb des Robotersteuermoduls verfügbar gemacht sein.
  • Der zweistufige Ansatz hat einige bedeutsame Vorteile. So ist es schwierig, einen der beiden Bereiche der Eingangsleistung und relativ großen Bereich der Ausgangsleistung zu handhaben. Wenn ein Bereich von 5–50 V der Eingangsspannung in maximal 50 V zu wandeln ist, muss ein Transformator etwa 50–500 V handhaben. Um dieses in einer einzigen Stufe zu handhaben, ist dies eine enorme Transformation und ist typischerweise nur mit geringen Lastzyklen handhabbar und kann typischerweise Schwankungen und Rauschen produzieren.
  • RCU Motorverstärker
  • Die 14A–C sind Blockdiagramme von Ausführungsbeispielen eines beispielhaften Motorverstärkers 1100 des Robotersteuermoduls. Der Motorverstärker 1100, der in den 14A–C gezeigt ist, erlaubt die Steuerung eines hohen Drehmoments, und von bürstenlose und mit einer Bürste versehenen Motoren mit einer ausreichend genauen Positionskontrolle, wenn nötig. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Motorverstärker 1100 zwei Stufen auf. Die erste Stufe sorgt für einen großen Drehmomentbereich und schließt eine DC/DC Wandler 1110 auf zum Schaffen einer Spannung an eine zweite Stufe. Die zweite Stufe weist eine dreiphasige Brücke auf, die die Steuerung unterschiedlicher Arten von Motoren erlaubt. Eine Kombination von Stromsteuerung über eine PMW Steuerung über die FETS/Kommutatoren 1108 als auch eine Spannungssteuerung wird verwendet zum Steuern der Versorgung in die Brücke. 16 ist ein schematisches Diagramm eines FET/Kommutators 1108 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Der Motorverstärker 1100 kann ein Antriebssignal an den Motor 1120 anlegen, etwa einen mit Bürsten versehenen Motor, einen dreiphasigen Induktionsmotor in einem skalaren Steuerbetrieb oder einen Vektorsteuerungsbetrieb (unter Verwendung eines Codierers) oder einen bürstenlosen DC Motor in Sinusform oder PWM (unter Verwendung eines Codierers) und einen dreiphasigen AC Motor. Hall-Effektsensoren 1118, Quadraturcodierer 1116 und ein analoger Positionsensor 1114 sind für eine Geschwindigkeits/Positions-Rückkopplung verfügbar (auch dort erfolgt eine Rückkopplung von den Kommutatoren usw.).
  • Sowohl der DSP 1104 und die Complex Programmable Logic Device (CPLD) 1106 können gedanklich als Teil jeder Stufe angesehen werden, da ihr Beitrag zur Steuerung zu, beispielsweise, DC/DC Konversationsstufe I (Setzen der Spannung) und zum Betreiben der FETS 1108 in Stufe 2. Der DC/DC-Wandler 110 erhöht und reguliert die Eingangsspannung, beispielsweise 8 V–36 V ungeregelte Fahrzeugspannung und kann mit einer Spule verbunden sein, wie gezeigt. Der DC/DC-Wandler 1110 empfängt ein Impulsbreitenmodulationssignal (PWM) von dem DSP 1104 über die CPLD 1106 mit einem Arbeitszyklus proportional zu der erforderlichen Spannung. Beispielsweise kann das PWM Signal einen oder mehrere Schalter in dem DC/DC Wandler 1110 steuern, der die Spannung oder den Strom aus dem DC/DC-Wandler 1110 steuert. Die DSP 1104 sendet and die CPLD 1106 zwei PWM Signale mit Arbeitszyklen proportional zu dem Strombefehl. PWM1 steuert High site MOSFET und PWM2 steuert Low site MOSFET. Um einen Durchflussstrom zu vermeiden haben PWM1 und PWM2 Signale eine Totzeit zwischen den abfallenden und ansteigenden Flanken. Die Totzeit kann von dem DSP 1104 gesetzt werden und es kann beispielsweise 125 nS sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die PWM Frequenz 30 kHz. 15 ist ein schematisches Diagramm des illustrativen DC/DC-Wandlers 1110 des Motorverstärkers 1100 nach dem einen Ausführungsbeispiel.
  • Der Motorverstärker 1100 behält auch die CPLD 1106. Die CPLD 1106 schafft Kommutationssignale für 6 Leistungs-MOSFETs 1108, die als eine dreiphasige Brücke angeordnet sind und als eine Schutzeinrichtung eine Vielzahl von Signalen dienen. Die Kommutationssignale führen von der logischen Wandlung von 3 Hallsensoren 1118 und der Richtung auf 6 Ausgänge gesteuerte Leistungs-MOSFETs 1108. Kommutationssignale könnten erzeugt werden für 60° oder 120° beabstandeten Hallsensoren 1118. Eine Schutzlogik verifiziert, dass der Gray Code nicht gültig ist.
  • In Fällen, in denen eine Verletzung des Gray Codes oder der Hallbedingungen auftreten, wird ein „Commutation fault – CF" Signal erzeugt. Die Kommutationssequenz ändert sich abhängig von dem Richtungsbefehl. Die Kommutationssignale können erzeugt werden für mit Bürsten versehene DC Motoren (in 14C gezeigt) und bürstenlosen Motoren (in 14B gezeigt). In dem Fall eines mit Bürsten versehenen Motors wird entweder Phase A oder Phase B verwendet, um den Motor zu kommutieren abhängig von dem Richtungsbefehl. In 14C ist ein Ausführungsbeispiel des Motorverstärkers 1100 gezeigt, der in einer bürstenlosen Betriebsweise arbeitet. Die CPLD 1106 empfangt ein bürstenloses Signal von dem DSP 1104 zur Verwendung von Kommutationssignale aus Tabellen, die dem bürstenlosen Betrieb zugehörig sind und sendet ein entsprechendes Signal an die FETs/Kommutatoren 1108a–c. In ähnlicher Weise kann, wie in 14B gezeigt, die DSP 1104 ein Signal an die CPLD 1106 aussenden, um in einer Betriebsweise mit Bürsten zu arbeiten. Die CPLD 1106 kann Kommutationssignale aus Tabellen, die dem Bürstenbetrieb zugehörig sind, verwenden. In der bürstenlosen Betriebsweise empfängt die CPLD ein Rückkopplungssignal von einem Hallsensor und sendet Steuersignale basierend auf dem Kopplungssignal des Hallsensors an eine H-Brücke, die zum Steuern der Motoren in den FET/Kommutatioren vorgesehen ist. In dem Bürstenbetrieb empfängt das DSP eine Rückkopplung von dem Codierer und sendet Steuersignale an den FET/Kommutator über das CPLD wenigstens teilweise auf dem Codiersteuersignal basierend. Der FET/Kommutator steuert den Motor unter Verwendung der H-Brücke.
  • Nach dem Empfang der Betriebsweise erzeugt die CPLD 1104 ein Steuersignal für die FETs/Kommutatoren 1108a–c. Die FETs/Kommutatoren 1108a–c können DC Antriebsleistung von dem DC/DC-Wandler 1110 zu dem Motor 1120 die Drehrichtung des Motors basierend auf Steuersignalen von dem DSP 1104 über das CPLD 1106 ändern. Die DSP 1104 kann ein Strommessrückkopplungssignal von den FETs/Kommutatoren 1108a–c empfangen und das Strommessrückkopplungssignal zur Kontrolle des Arbeitszyklus der PWM-Signale zu dem DC/DC-Wandler 1110 verwenden.
  • Der Motorverstärker 1100 kann in Kommunikation mit einem Motorsystem 1102 sein, das einen Motor 1120 aufweist gemeinsam mit einem oder mehreren Sensoren und Codierern, etwa einem analogen Positionssensor 1114, einen Codierer 1116 und einem Halleffektsensor 1118. Die CPLD 1106 kann ein Rückkopplungssignal von dem Hallsensor 1120 empfangen, die die Ausrichtung oder Position des Motors (oder des Rotors, der in dem Motor vorgesehen ist) betrifft. Der Halleffektsensor 1118 kann die Position des Rotors oder eine andere Positionsinformation, die den Motor betrifft messen und ein Rückkopplungssignal an den CPLD 1106 liefern. Die DSP 1104 kann eine Rückkopplung von einem analogen Positionssensor 1114 und dem Codierer 1116 empfangen. Der analoge Positionssensor 1114 kann Daten gewinnen, die dem Motorgetriebe oder -welle zugeordnet sind, etwa eine Positionsinformation bezüglich dem Getriebekasten und der Welle. Der Codierer 1118 kann die Geschwindigkeit des Motors gewinnen und Geschwindigkeitsdaten an den DSP 1104 liefern. Die DSP 1104 kann den Arbeitszykluns der PWM basierend auf den Rückkopplungssignalen ändern. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die DSP 1104 die CPLD Befehle basierend auf den Rückkopplungssignalen erzeugen.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen kann ein Monitor 1112 vorgesehen sein, der Daten empfangen kann, die angeben, ob der Motor 1112 und/oder Komponenten des Motorverstärkers geeignet arbeiten. Wenn der Monitor 1112 erkennt, dass die Komponenten nicht richtig arbeiten, kann es ein Signal an die CPLD 1106 liefern, dass das PWM Signal daran hindert, zu dem DC/DC-Wandler geliefert zu werden und kann die Spannungsversorgung zu dem Motor 1120 abschalten.
  • Eine Exklusiv-OR Logik in der CPLD 1106 schützt Ausgangssignale davor, einen Zustand mit hohem Pegel zu haben zu demselben Zeitpunkt der hohen und tiefen sites MOSFETs. Die CPLD 1106 kann, beispielsweise, durch das SPI wie folgt Konfigurationsdaten aufnehmen:
    • – Motortyp: mit oder ohne Bürsten;
    • – Motor: aktiv oder inaktiv;
    • – Hallsensor: 60° oder 120°;
    • – fehlerfrei;
    • – DC/DC-PWR Überstrom: aktiv oder inaktiv; und
    • – Richtung: im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann von dem RCU auf den Motorkontroller DSP 1104 oder CPLD 1106 zugegriffen werden, um andere Arten der Verarbeitung neben der Motorsteuerung oder der Verstärkung auszuführen. Beispielsweise können die DSP 1104, CPLD 1106 und/oder andere Prozessoreinheiten etwa Field Programmable Gate Array (FPGA) von dem RCT verwendet werden, um eine spezielle Logikverarbeitung auszuführen, die mit relativ großen Vektorfeldern, Fließpunkt berechnungen und anderen Anforderungen verbunden ist, wie dies zum Steuern des Roboterfahrzeugs erforderlich ist.
  • Konfigurationsprüfung der Robotersteuermodulsoftware
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung haben die Robotersteuermodule einen Konfigurationsprüfvorgang der sicherstellt, dass alle Robotersteuermodule auf einem Fahrzeug dieselbe Version der Software oder eines ausführbaren Codes verwenden. 17 zeigt einen illustrativen Softwarekonfigurationsprüfvorgang 1300 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise wird der Prozess 1300 unter Bezugnahme auf das illustrative Steuersystem nach den 3A–B beschrieben. Ein anderes geeignetes Steuersystem und Robotersteuermodule sind möglich. Bei dem Block 1302 beginnt der Konfigurationsprüfvorgang. Bei dem Block 1304 startet ein nicht-überwachendes Robotersteuermodul. Ein Robotersteuermodul kann durch dessen Versorgen mit Energie starten. Ein Beispiel eines nicht-überwachenden Robotersteuermoduls kann das Robotersteuermodul 262 sein, das in 3A gezeigt ist. In dem Block 1306 sendet das Robotersteuermodul 262 eine Angabe der Softwareversion, die gegenwärtig in dem Speicher in dem Robotersteuermodul des Überwachungsrobotersteuermodul vorhanden ist, etwa dem Robotersteuermodul 238. Bei einem Ausführungsbeispiel sendet das Robotersteuermodul 262 die Softwareversion in Antwort auf eine Anfrage von dem überwachenden Robotersteuermodul 238.
  • In dem Block 1308 bestimmt das Überwachungsrobotersteuermodul 238, ob die Softwareversion, die auf dem Robotersteuermodul 262 verwendet wird, unterschiedlich ist von derjenigen, die es selbst verwendet. Wenn die Softwareversion dieselbe ist, endet der Prozess bei dem Block 1310. Wenn die Softwareversionen unterschiedlich sind, schreitet der Prozess zum Block 1312 fort. Die Softwareversion auf dem nicht-überwachenden Robotersteuermodul kann größer sein und kann kleiner sein als das Robotersteuermodul auf dem Überwachungssteuermodul. In Antwort auf unterschiedliche Versionen sendet bei dem Block 1313 das überwachende Robotersteuermodul eine Kopie der richtigen Softwareversion an das Robotersteuermodul 262 über das Paketnetzwerk, etwa Ethernet.
  • Das Robotersteuermodul 262 empfängt die Kopie der neuen Softwareversion über eine Paketnetzwerkverbindung und schreibt die Kopie der jeweiligen Softwareversion in einen zweiten Block des Speichers bei dem Block 3114.
  • Das Robotersteuermodul 262 startet sodann im Block 1316 neu. Dies kann ein manueller oder ein automatischer Neustart sein. Während des Neustarts bestimmt das Robotersteuermodul 262 in dem Block 1318, ob irgendeine Software den zweiten Block des Speichers vorhanden ist. Wenn in diesem zweiten Block des Speichers keine Software vorhanden ist, startet das Robotersteuermodul 262 unter Verwendung der Software in dem ersten Block des Speichers bei 1320. Dieser Vorgang endet bei dem Block 1310.
  • Wenn das Robotersteuermodul 262 bestimmt, dass eine neue Software in dem zweiten Block des Speichers vorhanden ist, schreitet es mit dem Neustart bei dem Block 1322 fort unter Verwendung der Software in dem zweiten Block des Speichers. Das Robotersteuermodul 262 löscht sodann die Software in dem ersten Block des Speichers bei dem Block 1324. Die Software in dem ersten Block des Speichers ist die frühere Version der Software. In dem Block 1326 kopiert das Robotersteuermodul 262 die Software von dem zweiten Block in den ersten Block des Speichers und löscht sodann die Software von dem zweiten Block des Speichers. Sodann endet der Vorgang bei dem Block 1310.
  • Dieser Vorgang stellt sicher, dass alle Robotersteuermodule dieselbe Version der Software verwenden, die eingegeben ist in die Software des überwachenden Robotersteuermoduls. Auch wenn das überwachende Robotersteuermodul eine frühere Version der Software gegenüber der der nicht-überwachenden Robotersteuermodule verwendet, wird die Software des überwachenden Robotersteuermoduls die Software in dem nicht-überwachenden Robotersteuermodul ersetzen. Dieser Prozess schafft eine effiziente Art und Weise des Ersetzens der Software in dem Robotersteuersystem. Beispielsweise muss eine neue Version der Software nur dann bei dem überwachenden Robotersteuersignal upgedated werden und das überwachende Robotersteuermodul wird die neue Version auf die nicht-überwachenden Robotersteuermodule laden.
  • Nach dem Beschreiben der vielseitigen Robotersteuermodule werden im Folgenden dieselben Module in ihrer Verwendung gemeinsam mit einem geeigneten Steuersystem und auf einem geeigneten Fahrzeug beschrieben. Wie hier diskutiert, zeigt das illustrative Steuersystem, dass die RCU als ein System weiter in die existierenden Fahrzeugsteuereinheiten (beispielsweise wie unten beschrieben) integriert sein können, (d. h. in die Fahrzeugsteuereinheit oder VCU integriert sein können) und/oder in existierenden Betriebssystemsteuerungen (beispielsweise, wie unten beschrieben) in eine Drosselsteuerung integriert sein können, nicht also zur Steuerung der Drossel auf direkte Weise).
  • Illustratives Steuersystem
  • 1 ist ein Blockdiagramm auf hohem Niveau eines Fahrzeugsteuersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeugsteuersystem 100, das in 1 gezeigt ist, weist ein Robotersteuersystem 104 auf, bei dem das dargestellte Ausführungsbeispiel die vielseitigen Robotersteuermodule 106A–106N aufweisen. Die Robotersteuermodule können miteinander verbunden sein und können miteinander und anderen Steuersystemen und Fahrzeugkomponenten über ein Kontroller Area Network (CAN) Bus 108 und ein verschaltetes Paketnetzwerk 110, wie etwa ein Ethernetnetzwerk kommunizieren. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird lediglich ein geschaltetes Paketnetzwerk 110 verwendet.
  • Das Fahrzeugsteuersystem, das in 1 gezeigt ist, weist weiter verschiedene Betriebssysteme 102A–102N auf. Jedes Betriebssystem 102A–102N kann in demselben Ausführungsbeispiel in direkter oder indirekter Kommunikation mit einem Robotersteuermodul (RCU) 106A–106N sein. Diese Betriebssysteme 102A–102N können zum Steuern der Bewegung des Fahrzeugs verwendet werden und können, beispielsweise, das Lenksystem, das Bremssystem, das Drosselsystem und das Lenksystem aufweisen. Jedes Betriebssystem kann einen Aktuator aufweisen, etwa beispielsweise, einen Motor, es kann den Betrieb des bestimmten Betriebssystems steuern.
  • Beispielsweise kann das Bremssystem einen Aktuator beinhalten, der den Einsatz der Bremse für das Fahrzeug steuert.
  • Die Robotersteuermodule 106A–106N können weiter verbunden sein mit oder auf andere Weise Eingangssignale von Scanner 12A–B empfangen bzw. weitergeben, etwa Laserscanner, Kameras 114A–B, Funkeinheiten 116A–B und ein Global Positioning System (GPS) 118. Die Robotersteuermodule 116A–N können auch mit anderen geeigneten Nutzlasten verbunden sein und können mit einer oder mehreren CAN Einheiten 122 verbunden sein. Eine CAN Einheit kann, beispielsweise, Dachleuchten oder ähnliche Merkmale des Fahrzeugs steuern. Die Robotersteuermodule 106A–N können Eingänge von diesen verschiedenen Einheiten empfangen, beispielsweise, Scanner 112A–B, Kameras 114A–B und die GPS 118 und kann das geeignete Steuerverhalten für das Fahrzeug bestimmen. Die vielseitigen Robotersteuermodule 106A–N können eine Steuerinformation oder -signale an die Betriebssysteme liefern zum Ausführen des geeigneten Steuerverhaltens. Wenn, beispielsweise, das geeignete Steuerverhalten das Stoppen des Fahrzeugs ist, kann das Robotersteuermodul 106A eine Steuerinformation aussenden, um einen Bremsaktuator des Bremsbetriebssystems 102A zu betätigen und den Einsatz der Fahrzeugbremsen verursachen.
  • Das Fahrzeug kann weiter eine Fahrzeugsteuereinheit (VCU) aufweisen. Die Fahrzeugsteuereinheit empfängt Eingänge und verwendet den Eingang zum Bestimmen, wie die Steuerung eines oder mehrere Betriebssysteme 102A–N gesteuert wird. Die Fahrzeugsteuereinheit kann, beispielsweise, einen Eingang von einem Robotersteuermodul aufneh men, das angibt, dass das Fahrzeug nach rechts abbiegen soll. In Antwort auf dieses Signal kann die Fahrzeugsteuereinheit ein Steuersignal an das Lenksystem ausgeben, um den Aktuator zu veranlassen, die Lenkwelle zu drehen.
  • Sowohl die Fahrzeugsteuereinheit (VCU) 214 als auch die Robotersteuermodule (beispielsweise RCUs 238, 254, 244 und 262) können jeweils einen Prozessor beinhalten. Der Prozessor weist ein von einem Computer lesbares Medium aus, etwa einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), der mit dem Prozessor gekoppelt ist. Der Prozessor führt von einem Rechner ausführbare Programmbefehle, die in dem Speicher gespeichert sind aus, etwa Robotersteueralgorithmen. Derartige Prozessoren können einen Mikroprozessor, einen ASIC und Statusmaschinen aufweisen. Die Prozessoren weisen auf oder können in Kombination mit Medien, beispielsweise computerlesbare Medien, die Befehle speichern, die bei ihrer Ausführung von dem Prozessor den Prozessor dazu veranlassen, die hier beschriebenen Schritte auszuführen. Ausführungsbeispiele von computerlesbaren Medien schließen ein, ohne darauf begrenzt zu sein, eine elektronisch, optische, magnetische oder andere Speicher- und Übertragungsgerät, das dazu in der Lage ist, einen Prozessor mit computerlesbaren Befehlen zu versorgen, etwa einem ausführbaren Code. Andere Beispiele von geeigneten Medien weisen, ohne darauf begrenzt zu sein, eine Floppydisk, eine DVD, eine Magnetscheibe, einen Speicher, einen ROM, RAM einen ASIC, einen konfigurierten Prozessor, alle optischen Medien, alle Magnetband- oder andere magnentische Medien oder irgend ein anderes geeignetes Medium, aus dem ein Computerprozessor Befehle lesen kann. Auch können andere Formen von computerlesbaren Medien Befehle zu einem Computer übersenden oder tragen, einschließlich einen Router, ein privates oder öffentliches Netzwerk, eine andere Übertragungseinheit oder -kanal, sowohl verdrahtet als auch drahtlos. Die Befehle können einen ausführbaren Code aufweisen in jeder geeigneten Computerprogrammiersprache, einschließlich, C, C++, C#, Visual Basic, Java, Python, Perl, und JavaScript.
  • Es ist zu beachten, dass die VCU 122 ersetzt werden kann durch eine RCU (beispielsweise RCU#5) oder eine Kombination einiger RCUs können ersetzt werden durch eine oder mehrere zusätzliche VCUs, obwohl eine VCU nicht die volle Funktionalität von RCU hat, wie sie hier beschrieben wird.
  • 3A–B ist ein funktionelles schematisches Diagramm eines illustrativen Fahrzeugsteuersystems nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das gezeigte Fahrzeugsteuersystem weist vier vielseitige Robotersteuermodule oder Robotic Control Units (RCU) und verschiedene Sensoren auf. Das Fahrzeugsteuersystem empfängt verschiedene Eingangssignale von Scanner, erzeugt eine Hinderniskarte, bestimmt die Steuerung des Fahrzeugs und sendet Steuerinformation an die Vehicle Control Unit (VCU), die verschiedene Betriebssysteme des Fahrzeugs steuert. Das Ausführungsbeispiel, das in den 3A–B gezeigt ist, weist ein Fahrzeugsteuersystem, etwa ein Fahrzeuglevelsteuerabschnitt 202 auf, der mit einem Robotersteuersystem kommunizieren kann, etwa einem Roboterebenensteuerabschnitt 204. Die beiden Abschnitte 202, 204 arbeiten als eine Hierarchie. Der Fahrzeuglevelsteuerabschnitt 202 behält die Einzigartigkeit des Fahrzeugs, für die es konfiguriert ist, bei.
  • Die Fahrzeugniveausteuerung 202 weist eine externe Schnittstelle, einen CAN Diagnoseanschluss auf. Die Fahrzeuglevelsteuerung 202 weist weiter ein elektronisches Spannungszentrum 208 auf. Das elektronische Leistungszentrum liefert Leistung an einen Getriebemotor 210 und einen Bremsmotor 212. Der Getriebemotor 210 und der Bremsmotor 212 sind Aktuatoren für das Schaltungs- bzw. Bremssystem.
  • Der Fahrzeuglevelsteuerabschnitt 202 weist weiter eine überwachende Levelsteuereinheit (VCU 1) 214 auf. Deren Rolle könnte durch einen zusätzlichen RCU erfüllt werden. Der überwachende Levelkontroller 214 ist in Kommunikation mit verschiedenen Systemen des Fahrzeugs. Beispielsweise ist der überwachende Levelkontroller 214 in Kommunikation mit der Schüttmulde, Hilfslichtern und einer Hupe 216. Der überwachende Levelkontroller 214 ist weiter in Kommunikation mit dem Getriebemotor 210 und dem Bremsmotor 212.
  • Der Fahrzeuglevelsteuerabschnitt 202 weist weiter ein APECSTM Kontroller 218 zur Drosselsteuerung und zur Diagnose auf. Deren Aufgabe könnte von einer zusätzlichen RCU erfüllt werden. Die APECSTM Kontroller 218 ist in Kommunikation mit dem Drosselaktuator 220. Die APECSTM Kontroller 218 liefert Aktuatorsignale zu und empfängt eine Rückkopplung von dem Drosselaktuator 220.
  • Der Fahrzeuglevelsteuerabschnitt 202 weist weiter einen Armaturenbrettkontroller 222 auf. Der Armaturenbrettkontroller 222 sorgt für eine Steuerung eines Betriebsweiseschalters 224 und für Scheinwerferleuchten und Standlichtleuchten 226. Der Fahrzeuglevelsteuerabschnitt 202 weist weiter den Steuerungsaktuator 228 auf.
  • Der Roboterlevelsteuerabschnitt 204 weist externe Schnittstellen auf. Die externen Schnittstellen des Robotersteuerabschnitts 204, die in 3A gezeigt ist, weist eine rückwärtige Nutzlast CAN Schnittstelle 230 und eine rückwärtige Nutzlast Ethernet-Schnittstelle 232 auf. Die externen Schnittstellen weisen weiter eine vordere Nutzlast CAN Schnittstelle 234 und eine Ethernetschnittstelle 236 auf. Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die RCU Ethernet-Schalter aufweisen. Anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere der RCU mit einem Ethernet-Schalter außerhalb des RCU zugehörig sein.
  • Verschiedene Elemente des Fahrzeuglevelsteuerabschnitts 202 sind in Kommunikation mit Elementen des Roboterpegelsteuerabschnitts 204. Beispielsweise ist das Überwachungsroboterlevelsteuermodul (RCU #1) 238 in Kommunikation mit dem elektronischen Leistungszentrum 208, dem APECSTM Kontroller 218 und dem Armaturenbrettkontroller 222. Das Überwachungsroboterlevelsteuermodul 238 empfängt Eingangssignale von verschiedenen Sensoren und erzeugt Befehle zur Operation eines Fahrzeugs in einer autonomen Weise. Die US Patentanmeldung Nr. 10/972,082; 10/971,718 und 10/98'71,724 beschreiben beispielhafte autonome Weisen und deren Steuerung.
  • Bei dem in 3A gezeigten Ausführungsbeispiel empfängt das Überwachungsroboterlevelsteuermodul 238 einen Eingang von einer GPS Navigation/Kommunikation 240, etwa einem NAVCOM Modul oder einer Einheit die herstellt ist von NAVCOM Technologie, Torrance, Kananda, und von einem Kompass 242. Diese Sensoren liefern Positions- und Kopfinformation zu dem Kontrollers 238 für Navigationszwecke. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können auch andere Sensoren aufweisen. Beispielsweise weist ein Ausführungsbeispiel eine Trägheitsmessungseinheit (IMU) auf, die die Beschleunigung des Fahrzeugs in jeder Richtung misst. Das Überwachungsroboterlevelsteuermodul 238 ist ebenfalls in Kommunikation mit dem rückwärtigen Wahrnehmungssteuerungsmodul (RCU #3) 244. Das rückwärtige Wahrnehmungssteuermodul 2224 kann Sensoreingänge von, beispielsweise, einem Laserscanner 252, etwa einem SICK Laserscanner, über eine RS422 Verbindung empfangen.
  • Das rückwärtige Wahrnehmungssteuermodul 244 ist auch in Kommunikation mit einem Paar von Radioempfängern, einem Nova RoamTM EH 900, einem Radio 1 246 und einem 802.11 b-kompatiblen Radio, Radio 2 248. Diese Radios erlauben es, dem rückwärtigen Wahrnehmungssteuermodul 244 Befehle von einer Operatorsteuereinheit (OCU) 250 aufzunehmen. Die OCU kann, beispielsweise, für eine Fernbedienung des Fahrzeugs in einer autonomen Weise verwendet werden.
  • Das Überwachungsroboterlevelsteuermodul 238 in dem in 3A gezeigten Ausführungsbeispiel weiter in Kommunikation mit dem nach vorne gerichteten Wahrnehmungssteuermodul 254. Das nach vorne gerichtete Wahrnehmungssteuermodul 254 ist in Kommunikation mit einer Armaturbrettbetriebssteuereinheit (OCU) 256. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Armaturbrett OCU 256 ein TDS Recon IPAQTM auf, eine Art eines Personal Digital Assistant. Das nach vorne gerichtete Wahrnehmungssteuermodul 254 ist auch in Kommunikation mit einem nach vorne gerichteten Laserscanner 260. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der nach vorne gerichtete Laserscanner 260 ein Laserscanner vom nickenden Typ und weist einen Laserscannermotor 258 auf, der die Bewegung des Scanners 260 steuert. Das nach vorne gerichtete Wahrnehmungssteuermodul 254 sendet Steuersignale zum Steuern des Laserscannermotors 258 aus.
  • Das überwachende Roboterlevelsteuermodul 238 ist weiter in Kommunikation mit einem Kamera- und Steuerungskontroller (RCU #4) 262. Der Kamera- und Lenkungskontroller 262 ist in Kommunikation mit einer Rückwärtsfahrbetriebskamera 264 und einer Vorwärtsfahrbetriebskamera 268. Der Kamera- und Lenkungskontroller 262 ist weiterhin Zweiweg Kommunikation mit dem Lenkungsaktuator 228 und dem überwachenden Fahrzeuglevelkontroller 214 des Fahrzeugcontrollabschnitts 202.
  • Das Layout der verschiedenen Kontroller und Sensoren, die in den 3A–B gezeigt sind, können in einer Vielzahl von Art und Weisen in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung implementiert sein. Beispielsweise können die verschiedenen Kontroller kombiniert sein oder aufgeteilt sein in verschiedener Art und Weise Abhängigkeit von der Anzahl und der Typen der verwendeten Sensoren und Abhängigkeit von der Konfiguration des Fahrzeugs. Auch können verschiedene Sensoren und Instrumente auf unterschiedliche Weise verwendet werden. So können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Sensorvereinigung verwenden, um effizient zu arbeiten. Eine Sensorvereinigung erlaubt ein Betrieb des Fahrzeugs auch dann, wenn bestimmte Sensoren nicht arbeiten.
  • Die 3C–D zeigen alternative Ausgestaltungen der verschiedenen Kontroller und Sensoren bei denen Robotersteuermodule Funktionen, die Fahrzeugsteuereinheiten zugehörig sind, ausführen. Beispielsweise zeigt 3C eine Roboterlevelsteuerung A 604, die dasselbe Layout hat wie in 3A mit der Ausnahme, dass die Roboterlevelsteuerung A 604 in Kommunikation mit einer zweiten Roboterlevelsteuerung ist, etwa der Roboterlevelsteuerung B 602, wie in 3D dargestellt. Die Roboterlevelsteuerung B 602 weist einen Kontroller 604 für einen niedrigen Level auf, der Befehle von einer Überwachungs-RCU aufnehmen kann, etwa der Überwachungs-RCU #1 638, und zum Steuern der Fahrzeugschüttmulde und Hilfsleuchten 616.
  • Die Roboterlevelsteuerung B 602 kann weiter einen Schaltmotor RCU #5 608 aufweisen, der einen Getriebeschaltmotor 610 steuert und mit der Überwachung RCU #1 638 kommuniziert. Der Getriebeschaltmotor 610 kann ein Aktuator für das Fahrzeuggetriebe sein. Ein Bremsmotor RCU #6 609 kann vorgesehen sein, der einen Bremsmotor 612 steuern kann, der ein Aktuator für die Fahrzeugbremsen ist.
  • Eine Drossel RCU #7 616 kann zum Steuern des Drosselaktuators 620 vorgesehen sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Robotersteuersystem mehr oder weniger RCUs aufweisen, die zum Steuern einer oder manchmal mehrerer als einer oder manchmal mehrerer als einer, Komponenten eingerichtet sind. Beispielsweise kann ein RCU vorgesehen sein zum Steuern sowohl des Getriebeschaltmotors 610 und des Bremsmotors 612.
  • 3E zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Fahrzeuglevelsteuerung 150 in Kommunikation mit einer Roboterlevelsteuerung 204 von 3A. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Überwachungssteuereinheit (VCU) 154 vorgesehen, die der Überwachungsfahrzeuglevelsteuerung (VCU 1) von 3B entspricht. Die Überwachungs VCU 154 kann Steuersignale aussenden, auch als „Digital Direction" in anderen Ausführungsbeispielen bezeichnet, an die Schüttmulde, den Signalgeber und die Signallichter 156 bezeichnet. Ein Überwachungs-VCU 154 kann Steuersignale von dem Betriebsschalter 158 empfangen. Die Überwachungs-VCU 154 empfängt weiter Rückkopplungssignale, bezeichnet als „Rückkopplungsschleife" in anderen Ausführungsbeispielen, von jedem der Odometriesensoren 160, dem Gangschaltungsaktuator 164, dem Bremsaktuator 166 und der Kraftstoffpumpe 172. Bei dem Ausführungsbeispiel von 3E ist ein gesonderter Odometriesensor 160 vorgesehen. Bei anderen Ausführungsbeispielen werden der Gang schaltungsaktuator 164, der Bremsaktuator 166 und die Kraftstoffpumpe 172 als austauschbar als Getriebemotor, Bremsmotor bzw. Drosselaktuator bezeichnet. Die Fahrzeuglevelsteuerung 150 hat ein Lastzentrummodul 162, als „Leistungszentrum" in anderen Ausführungsbeispielen bezeichnet wird. Das Lastzentrummodul 162 ist an einer CAN Kommunikation mit der Roboterlevelsteuerung 204 und sendet weiter Steuersignale an den Gangschaltungsaktuator 164, den Bremsaktuator 166 und den Scheinwerfer/Standlicht-Leuchten 168. Schließlich kann die Fahrzeuglevelsteuerung 150 eine Maschinenkontrollereinheit oder eine ECU 170 aufweisen, in anderen Ausführungsbeispielen auch als „Drosselsteuerung" bezeichnete. Die ECU 170 ist in CAN Kommunikation mit der Roboterlevelsteuerung 204 und steuert die Kraftstoffpumpe 172 zum Liefern von Kraftstoff zu der Maschine.
  • Weitere Variationen des Layouts der RCUs und der VCUs in einem Fahrzeug, als diejenigen von 3A–3E werden von den Erfindern bedacht über unterschiedliche Kombinationen der Elemente durch ihre Schnittstellen, beispielsweise ein Element, das von den CAN gesteuert wird und eine Rückkopplung hat, können verbunden werden mit einem verfügbaren RCU oder VCU auf einem Roboter- oder Fahrzeugsteuerebene. Die in den Zeichnungen gezeigten Verbindungen als einzelne Ethernet-Kabel können aufgespalten sein in zwei oder mehr Kabel zum Verbinden des Netzwerkes, wie es hier allgemein beschrieben wird.
  • 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 150 mit einem Robotersteuersystem. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind vier RCUs 151, 153, 155 und 157 vorgesehen und keine Fahrzeugsteuereinheiten wie in den 3A–B. Die RCU 157 steuert das Steuersystem 152, die RCU 155 steuert das Bremssystem 155, 154 und die RCU 153 steuert das Drosselsystem 158 und das Übertragungssystem 160. Die verbleibende RCU 151 kann eine überwachende Robotersteuerungseinheit sein, die die anderen RCU 153, 155 und 157 verbindet und betreibt. Eine Spannungsversorgung 172 liefert Spannung an jede RCU 151, 153, 155 und 157, die wiederum Spannung an die entsprechenden Systeme liefert.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug mit einem Hinderniserkennungs/Hindernisvermeidungs-System (ODOA) versehen, das zum Erkennen von Hindernissen außerhalb des Fahrzeugs ausgebildet ist und zum Initiieren von geeigneten Steueraktionen, um diese zu vermeiden. Das ODA System des Fahrzeugs weist sowohl Hardwarekomponenten als auch Softwarekomponenten auf und ist als ausfallsicher ausgebildet, ohne die Fähigkeit für externe Operatoren zu behindern, die das Fahrzeug unter Bedingungen der betrieblichen militärischen Notwendigkeit steuern. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug die folgenden Komponenten auf: (i) eine Anordnung eines nach vorne gerichteten Laserscanners; (ii) eine Bereichsschutzsoftware; (iii) eine Hinderniskarte; und (iv) eine Steuersoftware.
  • Die nach vorne gerichtete Nick-Laserscanneranordnung gewinnt echte 3-D Daten über Hindernisse vor dem Fahrzeug und führt diese Daten zu den an Bord befindlichen Computern zu deren Verarbeitung. Die nach vorne gerichtete Laserscannereinheit nickt mit einer Rate von 2 Hz, erreicht einen minimalen Blickwinkel von 15 Grad unter der Horizontalen (auf den Boden blicken) und erreicht einen maximalen Blickwinkel von 45 Grad über der Horizontalen (in den Himmel blickend). Die Laserscannereinheit produziert 181 Bereichslesungen pro Abtastung (jede Abtastung ist in 26 Millisekunden abgeschlossen), aus einem maximalen Bereich von 50 Meter von 90 Grad rechts (Steuerbordseite des Fahrzeugs) bis 90 Grad nach links (Backbordseite des Fahrzeugs).
  • Rückwärtig montierte Laserscanneranordnung. Die rückwärtig montierte Laserscanneranordnung nimmt 2-D Daten über Hindernisse hinter dem Fahrzeug auf und führt diese Daten zu Bordcomputern zur Verarbeitung. Die rückwärtige Laserscannereinheit ist in einer festen horizontalen Position montiert. Die Laserscannereinheit erzeugt 181 Bereichslesungen pro Abtastung (jede Abtastung ist mit 26 Millisekunden abgeschlossen), aus einem maximalen Bereich von 50 Metern von 90 Grad nach rechts bis 90 Grad nach links.
  • Die Bereichsschutzsoftware erkennt Unterbrechungen durch Hindernisdaten von den Laserscannern und erzeugt Ersatzdaten, die angeben, dass Hindernisse in jeder Richtung, die gesehen werden kann („Halbmonde") nahe sind. Dies hindert das Fahrzeug daran, sich in eine Richtung zu bewegen, die nicht positiv als von Hindernissen frei durch die Bordsoftware bestimmt worden ist.
  • Die Hinderniskarte gibt die Relativpositionen von Hindernissen bezüglich des Fahrzeugs an und die Steuersoftware bestimmt die richtige Bahn durch das Feld von Hindernissen und befiehlt das Steuersystem geeignet (Lenkung, Drossel, Bremse, Schaltung), um die Bahn zu erreichen. Es sollte beachtet werden, dass das Vermeiden von Hindernissen und Navigation nicht der primäre Gegenstand der Offenbarung sind.
  • Illustratives Fahrzeug
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können in einer Vielzahl von Fahrzeugen verwendet werden, etwa Automobilen, Lastkraftwagen, Lieferwagen und andere geeignete autonome Fahrzeuge. Die 4 und 5 sind Draufsichtsdiagramme eines illustrativen Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 300, das in den 4 und 5 gezeigt ist, ist ein sechsrädriges mit Diesel versorgter Lieferwagen, etwa ein John DeereTM GatorTM (www.dere.com). Es ist zu beachten, dass die 4 und 5 das Fahrzeug 300 zeigen, mit einer Maschine 316, bei dem eine Schüttmulde auf der Rückseite des Fahrzeugs 300 entfernt ist.
  • Die Robotersteuermodule, Systeme und Verfahren, wie sie hier beschrieben sind, sind jedoch generell angewendet durch eine einfache Mechanik eines RCU pro Aktuator unter Verwendung der verfügbaren RCUs für Sensoren, Berechnung und Kommunikationen. Zusätzliche RCUs können hinzugefügt werden für zusätzliche Sensoren, Berechnung oder Kommunikationen, ohne Antrieb eines Aktuators. Die RCU kann verwendet werden zum Steuern lediglich von Sensoren, zur Berechnung und/oder zur Kommunikation. Dies gilt für jedes Fahrzeug jeder Größe oder jeder Konfiguration einschließlich kleiner elektrischer Fahrzeuge mit lediglich einem oder zwei Aktuatoren (beispielsweise rahmengesteuert) oder landwirtschaftliche oder Baufahrzeuge mit viel mehr Aktuatoren (beispielsweise einem Aktuator für jede Steuerung bei einem komplexen Baufahrzeug). Die RCUs werden vernetzwerkt und arbeiten in derselben Weise wie hier diskutiert.
  • Das illustrative Fahrzeug 300 weist ein Robotersteuersystem auf mit einer Anzahl von Robotersteuermodulen, die jeweils in einem montierbaren Gehäuse beinhaltet sind. Bei dem in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel haben die Robotersteuersysteme vier Robotersteuermodule 283, 244, 254, 262, wie in 3A gezeigt. Andere Ausführungsbeispiele desselben oder unterschiedlicher Fahrzeuge können weniger oder mehr Robotersteuermodule haben. Die Robotersteuermodule können in Leerraum oder nutzlosem Raum in dem Fahrzeug montiert sein. Auf diese Weise wird kein wertvoller Raum für Personen oder Nutzlast durch die Elektronik des Robotersteuersystems in Anspruch genommen. Beispielsweise ist das Robotersteuermodul 1 238 in dem Maschinenraum 302 des Fahrzeugs 300 positioniert. Eine Wärmeabschirmung kann verwendet werden um das Robotersteuermodul 1 238 und andere Elektroniken 306, 308 von der Wärme der Maschine abzuschirmen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Wärmeschild 304 eine Dichtung auf seiner oberen Fläche haben, so dass es eine Versiegelung mit der Bodenfläche der Schüttmulde haben kann.
  • Das Robotersteuermodul 2 254 kann auf der vorderen Laserscanneranordnung 310 positioniert sein. Das Robotersteuermodul 3 244 kann auf der rückwärtigen Laserscanneranordnung 312 positioniert sein. Das Robotersteuermodul 4 262 kann in der Motorhaubenausnehmung 314 des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Position der Robotersteuermodule in den Leerräumen, wie in den 4 und 5 gezeigt, sind illustrativ und eine Vielzahl anderer Konfigurationen sind möglich. Das Positionieren und Montieren der Robotersteuermodule in der Nähe der Einheiten, zu denen sie Steuersignale aussenden und Steuersignale aufnehmen, kann eine Rauschbeeinträchtigung dieser Signale reduzieren.
  • 5 zeigt weiter das Layout verschiedener anderer Komponenten des Robotersteuersystems des Fahrzeugs 300 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beispiele derartiger Komponenten weisen einen Batterieausgleicher? 350, GPS 352, VCU 354, Kameras 358, Kompass 360, Radios 362, Leistungszentrum 364 und Controller 366 auf.
  • Die 6–8 verdeutlichen die Anordnung der Robotersteuermodule in dem Fahrzeug nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Allgemeines
  • Die vorangehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einschließlich bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung wurden lediglich zum Zwecke der Illustration und der Erläuterung dargestellt und soll nicht den Schutzbereich auf die offenbarte genaue Formen beschränkt verstanden werden. Verschiedene Modifikationen und Adaptionen ergeben sich dem Fachmann, ohne dass er sich von dem Geist und dem Schutzbereich dieser Erfindung löst.
  • Zusammenfassung
  • Bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen Robotersteuermodule vor zur Verwendung in einem Robotersteuersystem eines Fahrzeugs, einschließlich Strukturen, Systeme und Verfahren, mit: (i) einem Robotersteuermodul, das mehrere funktionale Schaltungen hat, etwa einem Prozessor und zugehörige Schaltungen, einen Aktuatorcontroller, einen Aktuatorverstärker, einen Paketnetzschalter und eine Spannungsversorgung, die in einem montierbaren und/oder stapelbaren Package/Gehäuse angeordnet sind; (ii) einem Robotersteuermodul mit einem bekannten Satz von Schaltungen, das konfiguriert ist zum Reduzieren von Wärme, Reduzieren des Platzbedarfs und um empfindliche Komponenten vor elektromagnetischem Rauschen abzuschirmen; (iii) ein Robotersteuersystem, das die Robotersteuermodule verwendet, das die ausreichende austauschbare Funktionalität für eine Austauschbarkeit für die Module zulässt; und (iv) ein Robotersteuersystem, das die Funktionalität und die Verarbeitung unter einer Mehrzahl von Robotersteuermodulen in einem Fahrzeug verteilt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 60/729445 [0001]
    • - US 60/729388 [0001]
    • - US 60/780389 [0001]
    • - US 60/838704 [0001]

Claims (73)

  1. Ein Robotersteuermodul zur Verwendung bei einer mobilen Roboterplattform, umfassend: ein montierbares Gehäuse; ein Prozessormodul in dem montierbaren Gehäuse mit einem Prozessor und einem Speicher, wobei das Prozessormodul dazu in der Lage ist, Robotersteuerverläufe auszuführen und zwischen diesen zu vermitteln; ein umprogrammierbaren Aktuatorcontroller, der zur Kommunikation mit dem Prozessormodul in der Lage ist, wobei der umprogrammierbare Aktuatorcontroller in dem montierbaren Gehäuse angeordnet ist und dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale basierend wenigstens teilweise auf den Robotersteuerverläufen auszugeben; einen Aktuatorkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist, wobei der Aktuatorkonnektor in Kommunikation mit dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller ist und dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale zu übertragen; einen Paketnetzschalter innerhalb des montierbaren Gehäuses; und einen Netzkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und zur Verbindung mit einem Paketnetz in der Lage ist und mit dem Paketnetzschalter kommuniziert, wobei das Prozessormodul dazu in der Lage ist, Befehle zu und von dem Paketnetz zu übertragen.
  2. Das Robotersteuermodul von Anspruch 1, wobei das Paketnetz dazu in der Lage ist, Signale zwischen dem Robotersteuermodul und einem zweiten Robotersteuermodul und zwischen dem Robotersteuermodul und einem peripheren Gerät zu übertragen und zu empfangen.
  3. Das Robotersteuermodul von Anspruch 1, weiter umfassend eine Spannungsversorgung innerhalb des montierbaren Gehäuses, wobei die Spannungsversorgung dazu in der Lage ist, nicht geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform über einen Leistungseingang in das mobile Gehäuse aufzunehmen und die nicht geregelte Spannung in eine interne geregelte Spannung für das Prozessormodul, den Paketnetzschalter und den umprogrammierbaren Aktuatorcontroller und in eine externe geregelte Spannung zu wandeln; und einen Spannungsversorgungskonnektor auf der Außenseite des montierbaren Gehäuses, der zur Verbindung mit der äußeren geregelten Leistung in der Lage ist.
  4. Das Robotersteuermodul von Anspruch 1, weiter mit einem Aktuatorverstärker in dem montierbaren Gehäuse, der zum Verstärken des Aktuatorsteuersignals von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller in der Lage ist.
  5. Das Robotersteuermodul von Anspruch 1, wobei das Prozessormodul weiter wenigstens einen Protokolltransceiver aufweist und dazu in der Lage ist, den Transceivercontrollcode auszuführen.
  6. Ein Robotersteuermodul zur Verwendung in einer mobilen Roboterplattform umfassend: einem montierbares Gehäuse; ein Prozessormodul in dem montierbaren Gehäuse, das zum Ausführen von und zum Vermitteln zwischen Robotersteuerverläufen in der Lage ist und einen Prozessor und einen Speicher hat, wobei der Speicher einen Transceivercontrollcode aufweist und das Prozessormodul wenigstens einen Protokolltransceiver aufweist, der zur Ausführung eines Transceivercontrollcodes in der Lage ist; einen Paketnetzschalter in dem montierbaren Gehäuse; einen Protokolltransceiverkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und dazu in der Lage ist, mit der Mehrzahl von Protokolltransceiversensoren zu kommunizieren; einen Netzwerkkonnektor, der auf der Außenseite des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und zur Verbindung mit einem Paketnetz zu in der Lage ist und mit dem Paketnetzschalter kommuniziert, wobei das Prozessormodul dazu in der Lage ist, Befehle zu und von dem Paketnetz zu übertragen; und eine Spannungsversorgung in dem montierbaren Gehäuse; wobei die Spannungsversorgung eine Spannung von der mobilen Roboterplattform durch einen Spannungseingang in das montierbare Gehäuse aufnimmt und die Spannung in eine interne Spannung wandelt.
  7. Das Robotersteuermodul von Anspruch 6, weiter mit einem Leistungsversorgungskonnektor auf der Außenseite des montierbaren Gehäuses, der zur Verbindung mit einer externen geregelten Spannung in der Lage ist; und wobei die Spannungsversorgung zum Empfangen einer nicht regulierten Spannung von der mobilen Roboterplattform über einen Spannungseingang in das montierbare Gehäuse und Wandeln der nicht geregelten Spannung in eine interne geregelte Spannung für das Prozessormodul und den Paketnetzschalter und in eine externe geregelte Spannung in der Lage ist.
  8. Das Robotersteuermodul von Anspruch 6, weiter mit einem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller, der zur Kommunikation mit dem Prozessormodul in der Lage ist, wobei der umprogrammierbare Aktuatorcontroller in dem montierbaren Gehäuse angeordnet ist und dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale basierend wenigstens zum Teil auf dem Robotersteuerverhalten auszugeben.
  9. Das Robotersteuermodul von Anspruch 8, weiter mit einem Aktuatorkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist, wobei der Aktuatorkonnektor in Kommunikation mit dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller ist und dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale zu übertragen.
  10. Das Robotersteuermodul von Anspruch 6, weiter mit einem Aktuatorverstärker innerhalb des montierbaren Gehäuses, das dazu in der Lage ist, das Aktuatorsteuersignal von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller zu verstärken.
  11. Ein Robotersteuermodul zur Verwendung in einer mobilen Roboterplattform, mit: einem montierbaren Gehäuse; einem Prozessormodul innerhalb des montierbaren Gehäuses, das zum Ausführen von und Vermitteln zwischen Robotersteuerverhalten in der Lage ist und einen Prozessor und einen Speicher hat, wobei der Speicher einen Transceivercontrollcode aufweist und das Prozessormodul wenigstens einen Protokolltransceiver aufweist, das zum Ausführen eines Transceivercontrollcodes in der Lage ist; einem Netzkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und zur Verbindung mit einem Netzwerk in der Lage ist, wobei das Netzwerk dazu in der Lage ist, Befehle zu und von dem Prozessormodul zu übertragen; einem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller, der zur Kommunikation mit dem Prozessormodul in der Lage ist, wobei der umprogrammierbare Aktuatorcontroller in dem montierbaren Gehäuse angeordnet ist und dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale basierend wenigstens teilweise auf dem Robotersteuerverlauf auszugeben; einem Aktuatorverstärker innerhalb des montierbaren Gehäuses, der dazu in der Lage ist, das Aktuatorsteuersignal von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller zu verstärken; und einer Spannungsversorgung in dem montierbaren Gehäuse, wobei die Spannungsversorgung nicht geregelt Spannung von der mobilen Roboterplattform über einen Spannungseingang des montierbaren Gehäuses aufnimmt und die nicht geregelte Leistung in eine interne geregelte Leistung für das Prozessormodul und in eine externe geregelte Leistung umwandelt.
  12. Das Robotersteuermodul von Anspruch 11, weiter mit einem Spannungsversorgungskonnektor an der Außenseite des montierbaren Gehäuses, das zur Verbindung mit einer externen geregelten Spannung in der Lage ist.
  13. Das Robotersteuermodul von Anspruch 11, weiter mit einem Paketnetzschalter innerhalb des montierbaren Gehäuses, das mit dem Netzkonnektor kommuniziert.
  14. Das Robotersteuermodul von Anspruch 11, weiter mit einem Aktuatorkonnektor, wobei der Aktuatorkonnektor mit einem Aktuatortreibersignal kommuniziert, das von dem umprogrammierbaren Aktuator und dem Aktuatorverstärker moduliert wird.
  15. Ein Robotersteuermodul zur Verwendung in einer mobilen Roboterplattform mit: einem montierbaren Gehäuse; einem Prozessormodul in dem montierbaren Gehäuse mit einem Prozessor und einem Speicher, wobei der Speicher Robotersteuerverhalten umfaßt, wobei das Prozessormodul dazu in der Lage ist, Robotersteuerverläufe auszuführen und zwischen diesen zu vermitteln; einem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller, der zur Kommunikation mit dem Prozessormodul in der Lage ist, wobei der umprogrammierbare Aktuatorcontroller in dem montierbaren Gehäuse angeordnet ist und dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale wenigstens teilweise basierend auf den Robotersteuerverhalten auszugeben; einem Aktuatorkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist, wobei der Aktuatorkonnektor in Kommunikation mit dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller ist und dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale zu übertragen; und einem Netzkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und zur Verbindung mit einem Netz in der Lage ist, wobei das Rechenmodul dazu in der Lage ist, Befehle zu und von dem Netz zu übertragen.
  16. Das Robotersteuermodul von Anspruch 15, wobei das Robotersteuerverhalten eine Fernbedienungsbetriebsart, eine Hindernisvermeidungsbetriebsart, eine Wegpunktnavigationsbetriebsart und eine Folgebetriebsart beinhaltet.
  17. Das Robotersteuermodul von Anspruch 15, wobei der Speicher eine Fahrzeugsteuereinheitsschnittstelle zum Kommunizieren mit einer Fahrzeugsteuereinheit aufweist.
  18. Das Robotersteuermodul von Anspruch 15, weiter mit einer Spannungsversorgung in dem montierbaren Gehäuse, wobei die Spannungsversorgung nicht geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform über einen Spannungseingang in das montierbare Gehäuse aufnimmt und die nicht geregelte Spannung in eine interne geregelte Spannung für das Prozessormodul und in eine externe geregelte Spannung wandelt.
  19. Ein Robotersteuermodul zur Verwendung in einer mobilen Roboterplattform, mit: einem montierbaren Gehäuse; einem Prozessormodul in dem montierbaren Gehäuse mit einem Prozessor und einem Speicher, wobei der Speicher Robotersteuerverläufe aufweist, wobei das Prozessormodul dazu in der Lage ist, Robotersteuerverläufe auszuführen und zwischen diesen zu vermitteln; einem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller, der zur Kommunikation mit dem Prozessormodul in der Lage ist, wobei der umprogrammierbare Aktuatorcontroller in dem montierbaren Gehäuse angeordnet ist und dazu in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale basierend wenigstens teilweise auf den Robotersteuerverläufen auszugeben; einem Paketnetzschalter in dem montierbaren Gehäuse, der dazu in der Lage ist, Befehle für den umprogrammierbaren Aktuatorcontroller weiterzugeben; und einer Spannungsversorgung in dem montierbaren Gehäuse, wobei die Spannungsversorgung eine nicht geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform über einen Spannungseingang zu dem montierbaren Gehäuse aufnimmt und die nicht geregelte Spannung in eine geregelte Spannung für das Prozessormodul und in eine externe geregelte Spannung wandelt.
  20. Das Robotersteuermodul von Anspruch 19, wobei das Robotersteuerverhalten einen Fernbedienungsbetrieb, einen Hindernisvermeidungsbetrieb, einen Wegpunktnavigationsbetrieb und einen Folgebetrieb aufweist.
  21. Das Robotersteuermodul von Anspruch 19, wobei der Speicher eine Fahrzeugsteuereinheitschnittstelle zum Kommunizieren mit einer Fahrzeugsteuereinheit aufweist.
  22. Das Robotersteuermodul von Anspruch 19, weiter mit einem Aktuatorverstärker in dem montierbaren Gehäuse, das dazu in der Lage ist, das Aktuatorsteuersignal von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller zu verstärken.
  23. Ein Roboterfahrzeug mit: einem Fahrzeugkörper; einem Fahrzeugsteuersystem, das mit dem Fahrzeugkörper gekoppelt ist und dazu in der Lage ist, die Fahrzeugbetriebssysteme zu steuern; ein Robotersteuersystem, das dazu in der Lage ist, das Fahrzeugsteuersystem zu steuern, wobei das Fahrzeugsteuersystem auch eine Mehrzahl von Peripheriegeräten und eine Mehrzahl von austauschbaren montierbaren Modulen aufweist; und wobei jedes austauschbare montierbare Modul dazu in der Lage ist, mit wenigstens einem zugehörigen Peripheriegerät verbunden zu werden und einen Prozessor und einen Speicher aufweist mit einem ausführbaren Code, der eine Mehrzahl von modularen Aufgaben aufweist, der Prozessor zum Ausführen einer modularen Aufgabe entsprechend einer bestimmten Aufgabe des austauschbaren montierbaren Moduls konfigurierbar ist.
  24. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei die zugehörigen Peripheriegeräte einen Aktuator aufweisen und das Fahrzeugsteuersystem wenigstens ein Subsystem aufweist, das von dem Aktuator gesteuert wird.
  25. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 24, wobei das Subsystem ein Drosselsystem, ein Bremssystem, ein Lenksystem oder ein Transmissionssystem zum Steuern des Roboterfahrzeugs aufweist.
  26. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 24, weiter mit einem Fahrzeugcontroller in Kommunikation mit dem Subsystem, wobei der Fahrzeugcontroller dazu in der Lage ist, das Fahrzeugsteuersystem basierend auf Steuersignalen von der Robotersteuereinheit zu steuern.
  27. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 24, wobei wenigstens ein austauschbares montierbares Modul weiter einen umprogrammierbaren Aktuatorcontroller aufweist, der dazu in der Lage ist, Signale von dem Prozessor zu empfangen und Aktuatorsteuersignale zum Steuern des Aktuators auszugeben.
  28. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 27, wobei wenigstens ein austauschbares montierbares Modul weiter einen Aktuatorverstärker aufweist, der die von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller empfangenen Aktuatorsteuersignale verstärkt, und das austauschbare montierbare Modul weiter einen Aktuatorkonnektor zum Übertragen der verstärkten Aktuatorsignale aufweist.
  29. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei wenigstens ein austauschbares montierbares Modul weiter einen Paketnetzschalter und einen Netzkonnektor aufweist, der zur Verbindung mit einem Paketnetz in der Lage ist und mit dem Paketnetzschalter kommuniziert, wobei das Paketnetz dazu in der Lage ist, Steuersignale für das Robotersteuersystem weiterzugeben.
  30. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei der Prozessor und der Speicher auf einer einzigen Platine angeordnet sind und die Platine eine Mehrzahl von Protokolltransceivern aufweist.
  31. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei wenigstens ein austauschbares montierbares Modul weiter eine Spannungsversorgung aufweist, die nicht geregelte Spannung über einen Spannungseingang empfängt und die nicht geregelte Spannung in eine interne geregelte Spannung für den Prozessor und den Speicher und in eine externe geregelte Spannung wandelt.
  32. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei wenigstens eine der modularen Funktionen einen definierten Satz von Robotersteuerroutinen aufweist, die ausgewählt sind aus der Vorgehensentscheidung und -verläufen.
  33. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei wenigstens eine der modularen Funktionen dazu in der Lage ist, den ausführbaren Code in wenigstens einer der austauschbaren montierbaren Module upzudaten.
  34. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei wenigstens eines der austauschbaren montierbaren Module dazu in der Lage ist, eine Überwachungsfunktion auszuführen und Überwachungssignale an die anderen austauschbaren montierbaren Module auszugeben.
  35. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei die austauschbar montierbaren Module über den Fahrzeugkörper verteilt sind.
  36. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 35, wobei die verteilten austauschbar montierbaren Module wenigstens einen aus einem Verhaltensentscheidungscode, Verlaufcode, Sensorantriebscode, Antriebscontrollercode, Aktuatorcontrollercode, Datenbasismanagementcode, Datenbasisdaten und Datenkonvertercode aufweist.
  37. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei die bestimmte modulare Funktion des austauschbar montierbaren Moduls bestimmt ist durch einen Ort des austauschbar montierbaren Moduls in dem Fahrzeugkörper.
  38. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei eine lokale Codeeinstellung, die in einem Konnektor zu dem austauschbar montierbaren Modul beinhaltet ist, die modulare Funktion bestimmt.
  39. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 23, wobei die bestimmte Modulfunktion des austauschbar montierbaren Moduls wenigstens teilweise auf dem zugehörigen Peripheriegerät basiert.
  40. Ein Roboterfahrzeug mit: einem Antriebsaktuator zum Steuern der Bewegung des Roboterfahrzeugs; einem Robotersensor; einem Netz; und einer Mehrzahl von austauschbaren Robotersteuermodulen in Kommunikation mit dem Antriebsaktuator und dem Robotersensor über das Netz, wobei das Robotersteuermodul aufweist: einen Netzschalter, der mit dem Netz verbunden ist; eine Aktuatorsteuerschaltung, die zum Kommunikzieren mit dem Antriebsaktuator über das Netz in der Lage ist; eine Sensorschaltung, die zum Kommunizieren mit dem Robotersensor über das Netz in der Lage ist; ein Prozessormodul, das einen Prozessor und einen Speicher aufweist, wobei der Speicher Robotersteuerverhalten aufweist, wobei das Rechenmodul dazu in der Lage ist, Robotersteuerverläufe auszuüben und zwischen diesen zu entscheiden; und einen Motorcontroller mit einem DSP und einem Protokollstapel zum Kommunizieren mit einem Peripheriegerät.
  41. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 40, wobei der Speicher weiter einen Treiber aufweist, der angepasst ist zum Zeitstempeln empfangener Daten und zum Weitergeben der zeitgestempelten Daten zu einer Netzbotschaftsschlange.
  42. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 40, weiter umfassend das periphere Kommunizieren mit wenigstens einem austauschbaren Robotersteuermodul durch den Netzschalter.
  43. Das Roboterfahrzeug von Anspruch 42, wobei der Netzwerkschalter Daten von der Peripherie zum Verwalten der Bandbreite des Netzes kanalisiert.
  44. Das Robotersteuerfahrzeug von Anspruch 42, wobei wenigstens ein austauschbares Steuermodul weiter einen Protokolltransceiver zum Kommunizieren mit den Peripheriegeräten aufweist; und wobei der Protokolltransceiver entsprechend den vorgegebenen Funktionen für die Kommunikationen gesteuert wird.
  45. Das Robotersteuerfahrzeug von Anspruch 42, wobei der Netzschalter Signale von den Peripheriegeräten zu dem Prozessor routet.
  46. Das Robotersteuerfahrzeug von Anspruch 42, weiter mit einem Controllerbereichsnetzbus (CAN); und wobei die Peripheriegeräte mit wenigstens einem austauschbaren Steuermodul über den CAN-Bus kommunizieren.
  47. Ein Roboterfahrzeug mit: einem Fahrzeugkörper; einem Fahrzeugsteuersystem, das mit dem Fahrzeugkörper gekoppelt ist und das Fahrzeug steuern kann; und ein Robotersteuersystem, das dazu in der Lage ist, das Fahrzeugsteuersystem zu steuern, wobei das Fahrzeugsteuersystem auch eine Mehrzahl von Peripheriegeräten und eine Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen, die über das Roboterfahrzeug verteilt sind, umfaßt; wobei jedes austauschbar montierbare Modul dazu in der Lage ist, mit wenigstens einem zugehörigen Peripheriegerät zu kommunizieren und einen Prozessor und einen Speicher mit einem ausführbaren Code aufweist mit wenigstens einem eines Verlaufscodes, einem Sensortreibercode, einem Treibercontrollercode und einem Aktuatorcode, wobei der Prozessor konfigurierbar ist zum Ausführen einer modularen Funktion entsprechend einer bestimmten Funktion des austauschbar montierbaren Moduls.
  48. Ein Robotersteuereinheitspackaging für eine mobile Roboterplattform, wobei das Packaging aufweist: ein einziges Gehäuse mit einer Vorderfläche und einer rückwärtigen Fläche; einer ersten Schaltkarte in dem Gehäuse, die sich von der Frontfläche zu der rückwärtigen Fläche erstreckt, wobei die erste Schaltkarte einen Signalprozessor aufweist, der auf elektrisches Rauschen näher zu der Frontfläche als zu der rückwärtigen Fläche empfindlich ist; eine zweite Schaltkarte in dem Gehäuse und parallel zu der ersten Schaltkarte, wobei die zweite Schaltkarte einen Motorverstärkerinduktor und einen Spannungsversorgungsinduktor aufweist, wobei der Motorverstärkerinduktor und der Spannungsversorgungsinduktor dazu in der Lage sind, elektromagnetisches Rauschen zu verursachen und näher zu der rückwärtigen Fläche des Gehäuses als zu der vorderen Fläche angeordnet sind; und eine dritte Schaltkarte in dem Gehäuse, die parallel zu der ersten Schaltkarte und der zweiten Schaltkarte angeordnet ist und zwischen der ersten Schaltkarte und der zweiten Schaltkarte, wobei die dritte Schaltkarte dazu eingerichtet ist, den Signalprozessor von dem erzeugten elektromagnetischen Rauschen abzuschirmen.
  49. Das Robotersteuereinheitspackaging von Anspruch 48, weiter mit einem flachen Zwischenvolumen, das zwischen der ersten Schaltkarte und der zweiten Schaltkarte ausgebildet ist; und wobei der Spannungsversorgungsinduktor, der Motorverstärkerinduktor, die dritte Schaltkarte, wenigstens eine Komponente, die der ersten Schaltkarte zugehörig ist und wenigstens eine Komponente, die der zweiten Schaltkarte zugehörig ist, sich in das flache Zwischenvolumen erstrecken; und wobei die wenigstens eine Komponente, die der ersten Schaltkarte zugehörig ist und die wenigstens eine Komponente, die der zweiten Schaltkarte zugehörig ist, sich in dem flachen Zwischenvolumen überlappen.
  50. Das Robotersteuereinheitspackaging von Anspruch 48, weiter mit: einer Spannungsversorgungsschaltung auf der ersten Schaltkarte mit dem Gehäuse verbunden über einen wärmeleitfähigen Pfad, wobei die Spannungsversorgungsschaltung dazu eingerichtet ist, Wärme zu erzeugen; einer Motorverstärkerschaltung auf der zweiten Schaltkarte und mit dem Gehäuse über einen wärmeleitfähigen Pfad verbunden, wobei die Motorverstärkungsschaltung zur Erzeugung von Wärme eingerichtet ist; und wobei das Gehäuse ein wärmeleitendes Material aufweist und dazu eingerichtet ist, Wärme, die von der Spannungsversorgungsschaltung und der Motorverstärkerschaltung erzeugt wird, abzuführen.
  51. Das Robotersteuereinheitspackaging von Anspruch 50, wobei die Motorverstärkerschaltung eine Mehrzahl von MOSFETs aufweist, die eingerichtet sind, um Wärme zu erzeugen, wobei jedes MOSFET mit dem Gehäuse verbunden ist und das Gehäuse dazu eingerichtet ist, die von jedem MOSFET erzeugte Wärme abzuleiten.
  52. Ein Verfahren zum Bestücken einer existierenden mobilen Plattform mit einem Robotersteuerpackaging, wobei das Verfahren aufweist: Bilden einer Mehrzahl von mobilen Modulen, wobei jedes montierbare Modul ein Gehäuse aufweist, das Gehäuse eine Vorderfläche, eine Rückfläche und eine Mehrzahl von Flächenpanelen zwischen der Vorderfläche und der rückwärtigen Fläche, wobei die Flächenpanelen einen Leistungseingang, einen Aktuatorkonnektor, eine Mehrzahl von Netzkonnektoren und einen Spannungsversorgungskonnektor aufweisen; Auswählen einer Mehrzahl von Montageorten an der mobilen Plattform für die Mehrzahl von montierbaren Modulen, wobei wenigstens einer der Montageorte ein Leerraum in den inneren Kompartementen der mobilen Plattform ist; Montieren der Mehrzahl von montierbaren Modulen innerhalb der Montageorte; Verbinden der Mehrzahl von montierbaren Modulen zusammen unter Verwendung wenigstens eines Netzkonnektors auf jedem montierbaren Modul zum Bilden eines Kommunikationsnetzes; Verbinden der Mehrzahl von montierbaren Modulen mit einer Spannungsquelle an der mobilen Plattform unter Verwendung des Spannungseingangs jedes der montierbaren Module; Verbinden wenigstens eines der montierbaren Module mit einem entsprechenden Aktuator unter Verwendung des Aktuatorkonnektors; und Verbinden wenigstens eines der montierbaren Module mit einem entsprechenden Sensor unter Verwendung des Spannungsversorgungskonnektors.
  53. Das Verfahren von Anspruch 52, weiter mit Verbinden wenigstens einer der montierbaren Module mit einem entsprechenden Sensor unter Verwendung wenigstens eines der Netzwerkkonnektoren.
  54. Das Verfahren von Anspruch 52, wobei das Bilden einer Mehrzahl von montierbaren Modulen das Bilden einer Mehrzahl von identischen montierbaren Modulen aufweist.
  55. Eine Robotersteuervorrichtung für eine mobile Roboterplattform mit: einem montierbaren Modul; einem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller in dem montierbaren Modul; einem Aktuatorkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Moduls zugänglich ist und ein Signal für den Aktuatorantrieb kommuniziert, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller moduliert worden ist; einem Paketnetzschalter in dem montierbaren Modul, wobei das Paketnetz in der Lage ist, Befehle von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller weiterzugeben; eine Mehrzahl von Netzkonnektoren auf der Außenseite des montierbaren Gehäuses, die dazu in der Lage sind, mit einem Paketnetz zu verbinden und mit dem Paketnetzschalter kommunizieren; eine Spannungsversorgung in dem montierbaren Modul, wobei die Spannungsversorgung die geregelte Spannung von der mobilen Roboterplattform durch einen Spannungseingang in das montierbare Modul aufnimmt und die nicht geregelte Spannung in eine geregelte Spannung für den Paketnetzschalter und den umprogrammierbaren Aktuatorcontroller und in eine externe geregelte Spannung wandelt; und ein Spannungsversorgungskonnektor, der von außerhalb des montierbaren Moduls zugänglich ist und dazu in der Lage ist, mit der äußeren geregelten Spannung zu verbinden.
  56. Die Robotersteuervorrichtung von Anspruch 55, wobei das Signal zum Aktuatorantrieb von einem Aktuatorverstärker kommt, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller moduliert worden ist.
  57. Die Robotersteuervorrichtung von Anspruch 55, wobei das Signal für den Aktuatorantrieb von einem Aktuatorverstärker kommt, das moduliert worden ist durch den umprogrammierbaren Aktuatorcontroller und den Aktuatorverstärker.
  58. Die Robotersteuervorrichtung von Anspruch 55, wobei der umprogrammierbare Aktuatorcontroller dazu in der Lage ist zu rechnen und entweder einen digitalen Signalprozessor, eine programmierbare logische Einheit oder ein Gatterfeld aufweist; und wobei wenigstens ein Teil der Prozesskapazität andere Signale als ein Signal für den Aktuatorantrieb steuert.
  59. Eine Robotersteuervorrichtung für eine mobile Roboterplattform mit: einem montierbaren Modul; einem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller in dem montierbaren Modul, das in der Lage ist, Aktuatorsteuersignale in dem montierbaren Modul auszugeben; einem Aktuatorverstärker in dem montierbaren Modul, der das Aktuatorsteuersignal von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller empfängt; einem Aktuatorkonnektor, der von außerhalb des montierbaren Gehäuses zugänglich ist und ein Aktuatortreibersignal kommuniziert, das durch den umprogrammierbaren Aktuatorcontroller und den Aktuatorverstärker moduliert ist; einem Paketnetzschalter in dem montierbaren Modul; einer Mehrzahl von Netzwerkkonnektoren, die von außerhalb des montierbaren Moduls verfügbar sind und dazu in der Lage sind, mit einem Paketnetz zu verbinden und mit dem Paketnetzschalter zu kommunizieren, wobei das Paketnetz dazu in der Lage ist, Befehle für den umprogrammierbaren Aktuatorcontroller weiterzugeben. einer Spannungsversorgung in dem montierbaren Gehäuse, wobei die Spannungsversorgung eine nicht regulierte Spannung von der mobilen Roboterplattform über einen Spannungseingang in das montierbare Modul aufnimmt und die nicht regulierte Spannung in eine interne geregelte Spannung für den Paketnetzschalter und die umprogrammierbaren Aktuatorsteuerung und in eine externe geregelte Spannung wandelt; und einen Spannungsversorgungskonnektor, der von außerhalb des montierbaren Moduls zugänglich ist und zur Verbindung mit der externen geregelten Spannung in der Lage ist.
  60. Eine Robotersteuereinheit zur Verwendung in einem autonomen Fahrzeug mit: einem einzelnen Gehäuse; einer Spannungsversorgung, die in dem Gehäuse positioniert ist; einem Prozessormodul, das in dem Gehäuse positioniert ist; einem Motorcontroller, der in dem Gehäuse positioniert ist; einem Motorverstärker, der nahe dem Motorcontroller in dem Gehäuse positioniert ist; und einem Ethernetschalter, der in dem Gehäuse positioniert ist.
  61. Eine Robotersteuereinheit zur Verwendung in einem autonomen Fahrzeug, mit: einem Gehäuse; einem in dem Gehäuse aufgenommenen Prozessor, wobei die Robotersteuereinheit dazu in der Lage ist, wenigstens einen Motor zu steuern, der einem Betriebssystem eines autonomen Fahrzeugs zugehörig ist; und wobei die Robotersteuereinheit dazu in der Lage ist, nicht geregelte Fahrzeugspannung aufzunehmen und eine geregelte Spannung auszugeben.
  62. Ein Verfahren zum Einrichten eines Fahrzeugs für eine autonome Steuerung, mit: Feststellen von Leerraum in dem Fahrzeug; Verteilen einer Mehrzahl von Robotersteuereinheiten in den Leerräumen, wobei die Robotersteuereinheiten jeweils eine Spannungsquelle und einen Prozessor und wenigstens einen Motorcontroller, einen Motorverstärker oder einen Ethernetschalter aufweisen; und Verbinden der Robotersteuereinheiten derart, dass die Robotersteuereinheiten miteinander und wenigstens einem Betriebssystem des Fahrzeugs kommunizieren können.
  63. Ein Robotersatz zur Verwendung in einem Fahrzeug, mit: wenigstens einer Robotersteuereinheit mit einem einzigen Gehäuse, das derart konfigurierbar ist, dass es wenigstens drei aus den folgenden Einheiten hat: eine Spannungsquelle, einen Ethernetschalter, einen Motorcontroller, einen Motorverstärker oder einen Prozessor in dem Gehäuse; und wobei das Gehäuse eine Größe hat, dass es in einen verfügbaren Leerraum in dem Fahrzeug passt.
  64. Der Robotersatz von Anspruch 63, wobei die Dimensionen der Robotersteuereinheit kleiner sind als 5 Inch mal 8 Inch mal 10 Inch.
  65. Ein Robotersteuersystem für eine mobile Roboterplattform mit: einer Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen, wobei jedes austauschbar montierbare Modul aufweist: einen Spannungseingang; einen Aktuatorkonnektor; eine Mehrzahl von Netzkonnektoren; einen Spannungsversorgungskonnektor, der von außerhalb des austauschbar montierbaren Moduls verfügbar ist; einen Aktuatorcontroller, wobei der Aktuatorkonnektor ein Signal für den Aktuatorantrieb kommuniziert, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller moduliert ist; einen Paketnetzschalter, wobei der Netzkonnektor dazu in der Lage ist, mit einem Paketnetz zu verbinden und mit dem Netzschalter zu kommunizieren, wobei das Paketnetz dazu in der Lage ist, Befehle für den Aktuatorcontroller weiterzugeben; eine Spannungsversorgung, wobei die Spannungsversorgung eine nicht regulierte Spannung von der mobilen Roboterplattform über den Spannungseingang aufnimmt und die nicht geregelte Spannung in eine interne geregelte Spannung für den Paketnetzschalter und den umprogrammierbaren Aktuatorcontroller und in eine externe geregelte Spannung wandelt, wobei der Spannungsversorgungskonnektor mit der äußeren geregelten Spannung verbunden ist; und einen Speicher mit einem ausführbaren Code, wobei jedes austauschbar montierbare Modul konfigurierbar ist zum Ausführen eines ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes derart, dass jedes aus der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen mit mehreren möglichen Codeteilen für unterschiedliche modulare Aufgaben versehen werden kann und jede aus der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen konfigurierbar ist, um nur den ausgewählten Teil des ausführbaren Codes, der für die ausgewählte modulare Aufgabe geeignet ist, auszuführen.
  66. Ein Roboter mit: einer Plattform mit einem Körper und einem Motor, der mit einem Antrieb verbunden ist, der eine Lenkkontrolle und eine Geschwindigkeitskontrolle hat; einer Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen, wobei jedes austauschbar montierbare Modul einen Spannungseingang, einen Aktuatorkonnektor, eine Mehrzahl von Netzkonnektoren und einen Spannungsversorgungskonnektor aufweist, der von außerhalb des austauschbar montierbaren Moduls zugänglich ist, und jedes austauschbar montierbare Modul aufweist: einen umprogrammierbaren Aktuatorcontroller, der dazu in der Lage ist zum Ausgeben von Aktuatorsteuersignalen; einen Aktuatorverstärker, der das Aktuatorsteuersignal von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller aufnimmt, wobei der Aktuatorconnektor ein Aktuatorantriebssignal kommuniziert, das von dem umprogrammierbaren Aktuatorcontroller und dem Aktuatorverstärker moduliert ist; einem Paketnetzschalter, wobei jeder aus der Mehrzahl von Netzkonnektoren in der Lage ist zur Verbindung eines Paketnetzes und zum Kommunizieren mit einem Paketnetzschalter, wobei das Paketnetz zum Wiedergeben von Befehlen für den umprogrammierbaren Aktuatorcontroller in der Lage ist; und einem Speicher einschließlich eines ausführbaren Codes, wobei jedes austauschbar montierbare Modul zum Ausführen eines ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes konfigurierbar ist, so dass jedes aus der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen mit mehreren möglichen ausführbaren Codeteilen für unterschiedliche modulare Aufgaben versehen ist und jedes aus der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen konfigurierbar ist zum Aus führen lediglich des ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes, das für eine ausgewählte modulare Rolle geeignet ist; und wobei ein austauschbar montierbares Modul zum Steuern eines Aktuators für die Lenksteuerung des Antriebs montiert ist und ein austauschbar montierbares Modul montiert ist zum Steuern eines Aktuators für die Geschwindigkeitskontrolle des Antriebs.
  67. Der Roboter von Anspruch 66, wobei die Geschwindigkeitskontrolle wenigstens zwei aus den folgenden aufweist: Drosselsteuerung für den Antrieb, Richtungssteuerung für den Antrieb oder Bremssteuerung für den Antrieb, und wobei zwei austauschbar montierbare Module montiert sind zum Steuern von Aktuatoren für zwei aus den Folgenden: Drosselsteuerung für den Antrieb, Richtungssteuerung für den Antrieb oder Bremssteuerung für den Antrieb.
  68. Ein Roboter mit: einer Plattform mit einem Körper und einem mit einem Antrieb verbundenen Motor, einer Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen, wobei jedes austauschbar montierbare Modul einen Spannungseingang, eine Mehrzahl von Netzkonnektoren und einen Mehrstift-Konnektor aufweist, der von außerhalb des austauschbar montierbaren Moduls zugänglich ist und jedes austauschbar montierbare Modul aufweist: eine Mikroprozessorplatine mit einem dynamischen Speicher für die Codeausführung und einem nicht-flüchtigen Speicher für die Codespeicherung und die Mikroprozessorplatine weiter eine Mehrzahl von Protokolltransceivern aufnimmt und dazu in der Lage ist, einen vom Transceiver überwachten Code auszuführen, wobei der Mehrstift-Konnektor dazu in der Lage ist, mit der Mehrzahl von Protokolltransceiversensoren zu kommunizieren; einem Paketnetzschalter, wobei jeder aus der Mehrzahl von Netzkonnektoren zur Verbindung mit einem Paketnetz in der Lage ist, das durch den Körper verbunden ist und mit dem Paketnetzschalter kommuniziert, wobei das Paketnetz in der Lage ist, Befehle für oder von der Mikroprozessorplatine weiterzugeben; und eine Spannungsversorgung, wobei die Spannungsversorgung eine nicht regulierte Spannung von der Plattform über den Spannungseingang aufnimmt und die nicht geregelte Spannung in eine interne geregelte Spannung für die Mikroprozessorplatine und den Paketnetzschalter und in eine externe geregelte Spannung umwandelt, wobei der Mehrstift-Konnektor mit der externen geregelten Spannung verbunden ist; und einem Speicher mit einem ausführbaren Code, wobei jedes austauschbar montierte Modul konfiguriert ist zum Ausführen eines ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes derart, dass jedes aus der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen mit mehreren möglichen ausführbaren Codeteilen versehen werden kann für unterschiedliche modulare Aufgaben und jedes aus der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen konfigurierbar ist zum Ausführen lediglich des ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes, das für die ausgewählte modulare Aufgabe geeignet ist.
  69. Ein verteiltes Computersystem für einen Roboter, mit: einer Roboterplattform mit einem Körper und einem Motor, der mit einem Antrieb verbunden ist; einem definierten Satz von Robotersteuerroutinen, die ausgewählt sind aus der Verhaltensentscheidung und den Verläufen; Sensortreibern, Treibercontrollern, Aktuatorcontrollern, Datenbasemanagement und Datenbasen und Datenwandlern; einer Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen, wobei jedes austauschbar montierbare Modul einen Leistungseingang, eine Mehrzahl von Netzkonnektoren und einen Mehrstift-Konnektor aufweist, der von außerhalb des austauschbar montierbaren Gehäuses zugänglich ist, und jedes austauschbar montierbare Modul aufweist: eine Mikroprozessorplatine mit einem dynamischen Speicher zur Codeausführung, wobei die Mikroprozessorplatine weiter aufweist: eine Mehrzahl von Protokolltransceivern, wobei der Mehrstift-Konnektor dazu in der Lage ist, mit der Mehrzahl von Protokollsensoren zu kommunizieren, und, einem nicht-flüchtigen Speicher mit einem ausführbaren Code, wobei jede Mikroprozessorplatine des austauschbar montierbaren Moduls konfigurierbar ist zum Ausführen eines ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes; einem Paketnetzschalter, wobei jeder aus der Mehrzahl von Netzkonnektoren dazu in der Lage ist, mit einem Paketnetz zu konnektieren, das über den Körper verteilt ist und mit dem Paketnetzschalter kommuniziert, wobei das Paketnetz dazu in der Lage ist, für oder von der Mikroprozessorplatine weiterzugeben; und wobei die Mehrzahl von Mikroprozessorplatinen mit Befehlen versehen ist zum Lager und Ausführen einzelner der definierten Sätze von Robotersteuerroutinen derart, dass alle einzelnen Sätze von Robotersteuerroutinen unter der Mehrzahl von austauschbar montierbaren Modulen ausgeführt wird.
  70. Das verteilte Computersystem für einen Roboter von Anspruch 69, wobei jede Mikroprozessorplatine konfigurierbar ist zum Ausführen eines ausgewählten Teiles des ausführbaren Codes, der in den entsprechenden nicht-flüchtigen Speicher geladen ist, derart, dass jede aus der Mehrzahl von Mikroprozessorplatinen zum Ausführen lediglich eines ausgewählten Teiles eines ausführbaren Codes, der in den entsprechenden nicht-flüchtigen Speicher geladen ist, konfigurierbar ist.
  71. Das verteilte Computersystem für einen Roboter nach Anspruch 69, wobei eine ausgewählte der Mikroprozessorplatinen in der Lage ist zum Updaten des ausführbaren Codes in dem nicht-flüchtigen Speicher der anderen Mikroprozessorplatine über das Paketnetz, das über den Körper verteilt ist.
  72. Das verteilte Computersystem für einen Roboter von Anspruch 69, wobei ein ausgewähltes der austauschbar montierbaren Module eine Überwachungsaufgabe zugewiesen ist und Überwachungsbefehle an die anderen austauschbar montierbaren Module liefert.
  73. Das verteilte Computersystem für einen Roboter von Anspruch 69, wobei die austauschbar montierbaren Module über den Körper des Roboters verteilt sind und wenigstens ausgewählte aus den folgenden zur Ausführung über die über den Körper des Roboters verteilten austauschbar montierbaren Modulen verteilt sind: Verhaltensentscheidungscode, Verlaufscode, Sensorantriebscode, Antriebssteuercode, Aktuatorcontrollcode, Database Managementcode, Database Daten und Datenkonvertercode.
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