经由旋转链接件进行数据通信的系统和方法与流程

专利2022-05-09  5


经由旋转链接件进行数据通信的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本申请要求于2020年11月24日提交的第17/103,220号美国专利申请和2019年12月30日提交的第62/955,193号美国临时专利申请的优先权,其通过引用整体上并入本文中。
技术领域
3.本公开涉及经由旋转链接件(rotary link)进行数据通信的系统和方法。


背景技术:

4.除非本文另有说明,否则本节中描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术,并且由于包含在本节中也不被承认为现有技术。
5.载具(例如,自主载具)可以包括感测设备,诸如光检测和测距(lidar)设备、相机、雷达单元或惯性测量单元(imu)。感测设备可以包括安装在载具上的固定部分和相对于固定部分旋转的旋转部分。为了便于旋转,旋转部分可以与固定部分通过间隙(gap)分隔开。在这种情况下,可能希望跨间隙无线地传输数据(例如,由旋转部分中的一个或多个传感器生成的数据),以便将数据传送到载具中的计算设备或其他系统。另外,尽管载具中可能存在的相对嘈杂的环境,但是可能希望以高数据速率和高可靠性水平传输数据。另外,可能希望跨间隙传输电能,以便为旋转部分中的一个或多个电气组件供电。


技术实现要素:

6.在一个示例中,提供了一种感测设备。该感测设备包括固定部分和旋转部分。旋转部分与固定部分分隔开并且被配置成相对于固定部分旋转。感测设备还包括无线数据变换器。无线数据变换器包括固定部分中的第一导电结构和旋转部分中的第二导电结构。第一导电结构和第二导电结构跨间隙电感耦合在一起。感测设备还包括旋转部分中的一个或多个传感器以及旋转部分中的通信接口。一个或多个传感器被配置成生成数据。通信接口被配置成(i)用纠错码对由一个或多个传感器生成的数据进行编码以提供编码的数据,(ii)用编码的数据调制包括多个子载波的射频(rf)信号,以提供数据调制后的rf信号,以及(iii)经由无线数据变换器将数据调制后的rf信号传输到固定部分。
7.在另一个示例中,提供了一种系统。该系统包括第一平台和第二平台,第二平台与第一平台通过间隙分隔开。第二平台被配置成相对于第一平台旋转。该系统还包括耦合到第二平台的装置。该装置包括被配置成生成数据的一个或多个传感器。该系统还包括无线数据变换器和通信接口。无线数据变换器被配置成跨间隙传输由一个或多个传感器生成的数据。无线数据变换器包括第一平台中的第一导电结构和第二平台中的第二导电结构。第一导电结构和第二导电结构跨间隙电感耦合在一起。通信接口被配置成(i)用纠错码对由一个或多个传感器生成的数据进行编码以提供编码的数据,(ii)用编码的数据调制包括多个子载波的射频(rf)信号,以提供数据调制后的rf信号,以及(iii)经由无线数据变换器传
输数据调制后的rf信号。
8.在又一个示例中,提供了一种方法。该方法涉及相对于感测设备的固定部分旋转感测设备的旋转部分。该方法还涉及由旋转部分中的一个或多个传感器生成数据。该方法另外涉及:(i)通过旋转部分中的通信接口,用纠错码对由一个或多个传感器生成的数据进行编码以提供编码的数据;(ii)通过通信接口用编码的数据调制包括多个子载波的射频(rf)信号,以提供数据调制后的rf信号;以及(iii)通过通信接口经由无线数据变换器将数据调制后的rf信号传输到固定部分。无线数据变换器包括固定部分中的第一导电结构和旋转部分中的第二导电结构。第一导电结构和第二导电结构跨间隙电感耦合在一起。
9.通过在适当的情况下参考附图阅读以下详细描述,这些以及其他方面、优点和替代方案对于本领域的普通技术人员来说将变得清楚。此外,应当理解,本发明内容部分和本文档其他部分中提供的描述旨在通过示例而不是限制的方式来说明所要求保护的主题。
附图说明
10.图1是根据示例实施例的包括安装到载具的感测设备的数据通信系统的框图。
11.图2是根据示例实施例的包括安装到载具的多个感测设备的点对多点(ptmp)数据通信系统的框图。
12.图3是根据示例实施例的包括安装到载具的感测设备的无线电力传输系统的框图。
13.图4是根据示例实施例的包括通过间隙分隔开的第一平台和第二平台的旋转链接件的横截面图。
14.图5是根据示例实施例的图4的第一平台从间隙处的视图。
15.图6是根据示例实施例的lidar设备的截面图。
16.图7a示出了根据示例实施例的载具。
17.图7b示出了根据示例实施例的载具。
18.图7c示出了根据示例实施例的载具。
19.图7d示出了根据示例实施例的载具。
20.图7e示出了根据示例实施例的载具。
21.图8是根据示例实施例的方法的流程图。
具体实施方式
22.本文描述了示例性实现。应当理解,本文中使用单词“示例性”以意指“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实现或特征不一定被解释为比其他实现或特征优选或有利。在附图中,除非上下文另有规定,否则相似的符号通常识别相似的组件。本文描述的示例实现并不意味着是限制性的。将容易理解的是,如本文一般描述和附图中所示,本公开的各方面可以以各种不同的配置进行布置、替换、组合、分离和设计。
23.i.概述
24.在许多应用中,经由使装置能够相对于基础结构(例如,围绕旋转轴线)旋转的旋转链接件将装置耦合到基础结构是有益的。在这样的应用中,可能希望经由旋转链接件无线地向装置或从装置传输数据和/或经由旋转链接件无线地向装置传输电力。
25.基础结构可以是例如移动结构(诸如载具或机器人),或者基础结构可以是固定结构(诸如建筑物)。装置可以是例如光检测和测距(lidar)设备的旋转部分、相机、雷达单元、惯性测量单元(imu)或其他类型的感测设备。装置可以包括使用电力操作并生成和/或接收数据的一个或多个电气组件。此类电气组件可以包括但不限于一个或多个传感器(例如,光检测器、图像传感器、运动传感器等)、发送器(例如,无线电发送器、光发送器、超声发送器等)、控制器(例如,微控制器、处理器、浮点门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)等)、电机或使用电力操作的其他组件。
26.在一些实现中,旋转装置可以包括电源(诸如电池),其可以为装置的一个或多个电气组件供电。然而,在其他实现中,使用基础结构中的电源来为一个或多个电气组件供电可能是有益的。例如,基础结构可以是包括电池的载具。在该情况下,经由旋转链接件将电力从载具的电池传达到旋转装置可能是有益的。
27.在一些实现中,经由旋转链接件将由旋转装置生成的数据传输到基础结构中的计算设备可能是有益的。例如,旋转装置可以生成lidar数据、图像数据、雷达数据、运动数据或可以由计算设备分析的其他传感器数据。在基础结构是载具或机器人的实现中,计算设备可以使用这些数据来检测环境中的对象、在环境中导航或以其他方式控制载具或机器人的操作(例如,在自主模式下)。另外,对于计算设备来说,经由旋转链接件向旋转装置传输数据(例如,指令、配置参数等)可能是有益的。
28.在示例实施例中,旋转链接件包括耦合到基础结构的第一平台和装置所耦合到的第二平台。第二平台与第一平台通过间隙(例如,气隙)分隔开,并且被配置成相对于第一平台围绕旋转链接件的旋转轴线旋转。因此,经由旋转链接件向装置或从装置传输数据可以涉及经由间隙无线地传输数据,并且经由旋转链接件从基础结构向装置传输电力可以涉及经由间隙无线地传输电力。
29.为了经由间隙无线地传输电力,旋转链接件可以包括无线电力变压器,该无线电力变压器包括第一平台中的一次绕组和第二平台中的二次绕组。一次绕组跨间隙电感耦合到二次绕组,使得交变磁场能够通过间隙无线地传输电力。在示例实施例中,一次绕组和二次绕组是围绕旋转链接件的旋转轴线同心布置的环形线圈。
30.为了在无线电力变压器中提供交变磁场,基础结构中的dc电源(例如,电池)可以驱动振荡器(例如,开关电路)以生成应用于一次绕组的ac信号(例如,经由llc谐振电路)。二次绕组处得到的ac信号可以被整流和滤波,以提供能够为旋转装置中的电气组件供电的dc电压。
31.为了经由间隙无线地传输数据,旋转链接件可以包括无线数据变换器,该无线数据变换器包括第一平台中的第一导电结构和第二平台中的第二导电结构。第一导电结构和第二导电结构跨间隙电感耦合在一起,使得交变磁场能够通过间隙无线地传输数据。在示例实施例中,第一导电结构和第二导电结构是围绕旋转链接件的旋转轴线同心布置的导电回路(loop)(单匝导电回路或多匝导电回路)。
32.为了在无线数据变换器中提供交变磁场,可以用经由间隙无线地传输的数据(例如,向或从旋转装置传输的数据)调制射频(rf)信号,以提供数据调制后的rf信号。数据调制后的rf信号可以应用于第一导电回路并在第二导电回路处被接收,或反之亦然。
33.这种基于rf的无线数据传输可以根据一组特定的数据通信规范,诸如g.hn规范。
g.hn规范包括由国际电信联盟(itu)发布的一系列建议。g.hn最初是为通过电力线的家庭网络应用而开发的。然而,按照目前的规定,g.hn允许在各种类型的物理介质(包括电力线、双绞线电话线、同轴电缆和光纤)上进行数据通信。
34.g.hn规定了基于正交频分复用(ofdm)的物理层。在ofdm方法中,在多个子载波上传输数据,每个子载波使用例如正交幅度调制(qam)以部分数据进行调制。在示例实施例中,子载波具有大于1mhz且小于1ghz的频率,并且子载波之间的间隔约为195khz。例如,多个子载波可以占用诸如2

50mhz或2

200mhz的频率范围。在被调制到子载波上之前,还可以使用前向纠错码(诸如低密度奇偶校验(ldpc)码)对数据进行编码。ofdm和纠错码的结合使得g.hn能够在噪声环境中支持高数据速率(例如,超过100兆比特/秒或超过1吉比特/秒)。
35.g.hn还规定了媒体访问控制(mac)层,该层使用时分多址(tdma)来调度信道接入。g.hn mac层可以为无争用信道接入分配时隙。g.hn mac层还支持基于争用的信道接入的时隙。
36.支持根据g.hn规范进行数据发送和接收的芯片组(包括物理层和mac层)可以是商购的。这种芯片组可以用于实现基于g.hn的通信接口,用于经由旋转链接件中的无线数据变换器发送和接收数据。
37.在示例实施例中,第一基于g.hn的通信接口连接到无线数据变换器的第一导电结构,并且第二基于g.hn的通信接口连接到无线数据变换器的第二导电结构。旋转装置中的数据源可以将数据(例如,lidar数据、图像数据、雷达数据或运动数据)发送到第二基于g.hn的通信接口,用于传输到连接到第一基于g.hn的通信接口的计算设备或其他目的地。第二基于g.hn的通信接口可以用纠错码对数据进行编码,并将编码的数据调制到多个子载波上,以提供通过间隙从第二导电结构向第一导电结构传输的数据调制后的rf信号。第一基于g.hn的通信接口接收数据调制后的rf信号并执行解调和解码步骤以从数据源恢复数据。然后,计算设备或其他目的地可以从第一基于g.hn的通信接口接收恢复的数据。旋转装置中的电气组件可以以类似的方式接收从第一基于g.hn的通信接口传输到第二基于g.hn的通信接口(经由无线数据变换器)的数据。
38.尽管本文中使用g.hn规范描述经由无线数据变换器发送和接收数据的示例实施例,但是将理解的是,可以使用其他数据通信规范、标准或协议。
39.在示例实施例中,旋转链接件包括无线电力变压器和无线数据变换器两者。例如,第一平台可以包括一次绕组和至少部分地环绕一次绕组的第一导电回路,并且第二平台可以包括二次绕组和至少部分地环绕二次绕组的第二导电回路。替选地,一次绕组和二次绕组可以至少部分地环绕第一导电回路和第二导电回路。
40.在旋转链接件包括无线电力变压器和无线数据变换器两者的情况下,可能存在一定量的干扰。例如,用于通过无线电力变压器传输电力的交变电场和/或磁场可在无线数据变换器中产生干扰信号,或反之亦然。为了减少这种干扰,无线电力变压器可以在远远超出无线数据变换器的带宽的频率下操作。例如,在无线电力变压器中传输电力的ac信号可以具有约75khz的频率,而在无线数据变换器中传输数据的rf信号可以仅使用高得多的频率(例如,大于2mhz的频率)。
41.在另一种减少干扰的方法中,第一平台可以包括第一导电回路和一次绕组之间的第一隔离环,并且第二平台可以包括第二导电回路和二次绕组之间的第二隔离环。第一隔
离环和第二隔离环包括高磁导率材料(例如,铁氧体),以在无线电力变压器中的交变磁场与无线数据变换器中的交变磁场之间提供一定程度的隔离。
42.ii.示例数据通信系统
43.图1是包括感测设备102和载具104的示例数据通信系统100的框图。感测设备102可以是例如lidar设备、相机、雷达单元或imu。载具104可以是例如汽车或其他基于陆地的载具、飞机、船或其他类型的载具。在该示例中,感测设备102包括通过安装结构108物理地附接到载具104的固定部分106和能够相对于固定部分106绕旋转轴线旋转的旋转部分110。旋转部分110与固定部分106通过气隙112分隔开。
44.感测设备102包括无线数据变换器114,其使得数据能够通过气隙112进行传送。通过气隙112的数据通信可以是单向的(例如,从旋转部分110到固定部分106)或双向的。为了实现该数据通信,无线数据变换器114包括固定部分106中的第一数据通信组件116和旋转部分110中的第二数据通信组件118。数据通信组件116和118可以包括可经由气隙112进行通信的任何结构。在示例实施例中,数据通信组件116和118包括跨气隙电感耦合在一起的导电结构(例如,数据通信组件116和118各自可以包括与旋转部分的旋转轴线同心的导电回路)。替选地,数据通信组件116和118可以包括以诸如电容耦合、电磁耦合(例如,数据通信组件116和118可以包括各自的天线)或光学耦合的其他方式跨气隙112通信地耦合的结构。
45.在图1所示的示例中,旋转部分110包括生成要通过气隙112传输的数据的一个或多个组件。如图所示,旋转部分110包括一个或多个传感器120和应用处理器122。取决于感测设备102的性质,传感器120可以包括一个或多个光检测器、图像传感器、无线电接收器、加速度计、陀螺仪、磁力计或其他类型、以及相关联的电子器件(例如,模数转换器)。传感器还可以包括生成指示电机内的转子位置的数据的电机编码器。因此,传感器120可以生成指示感测设备102的环境的数据、指示感测设备102的运动或姿势的数据、或其他类型的数据。应用处理器122可以是微处理器、微控制器、fpga、asic或控制感测设备102的功能的其他设备。应用处理器122可以处理由传感器120生成的数据。
46.在图1所示的示例中,由传感器120生成的数据的目的地是位于载具104中的计算设备130。计算设备130可以使用由传感器120生成的数据来检测载具104的环境中的对象,以确定载具104的姿势、位置或速度,或者以确定载具104或其环境的其他方面。如图所示,计算设备130包括一个或多个处理器132和数据存储134。数据存储134可以包括易失性存储器、非易失性存储器或其他计算机可读介质,并且可以存储可由处理器132执行以控制计算设备130的功能的程序指令。
47.在示例实施例中,根据g.hn规范将由传感器120生成的数据传输到计算设备130。为了支持g.hn通信,旋转部分110包括g.hn通信接口140,并且载具104包括g.hn通信接口142。g.hn通信接口140和142可以执行g.hn物理层功能以及g.hn mac层功能。在发送侧,g.hn物理层功能可以包括用纠错码对数据进行编码,并将编码的数据调制到多个子载波上,以提供数据调制后的rf信号。在接收侧,g.hn物理层功能可以包括解调数据调制后的rf信号以恢复编码的数据,并且解码编码的数据以恢复原始数据。g.hn mac层功能可以包括控制对用于发送和接收数据的通信介质的访问。g.hn通信接口140和142也可以执行其他功能。
48.g.hn通信接口140可以经由应用处理器122通信地耦合到传感器120。因此,g.hn通信接口140可以接收由传感器120生成的、已经由应用处理器122处理的数据。替选地,g.hn通信接口140可以直接从传感器120接收数据。
49.g.hn通信接口140还可通信地耦合到无线数据变换器114的数据通信组件118。这样,数据通信组件118接收g.hn通信接口140的输出,使得由传感器120生成的数据在g.hn物理层上传输。具体地,g.hn通信接口140可以用纠错码对数据进行编码,并用编码的数据调制多个子载波,以提供传输到无线数据变换器114的数据调制后的rf信号。数据调制后的rf信号然后由于数据通信组件116和118之间的电感耦合而通过气隙112被传输。
50.在示例实施例中,g.hn通信接口142通过有线连接通信地耦合到无线数据变换器114的数据通信组件116。如图1所示,数据通信电缆144连接到固定部分106上的连接器146和载具104上的连接器148。数据通信电缆144可以是例如屏蔽电缆中的双绞线或同轴电缆。连接器146连接到数据通信组件116,并且连接器148连接到g.hn通信接口142。另外,g.hn通信接口142通信地耦合到计算设备130。这样,g.hn通信接口142经由数据通信电缆144接收数据调制后的rf信号,解调数据调制后的rf信号以恢复编码的数据,解码编码的数据以恢复由传感器120生成的数据,并将数据传输到计算设备130。
51.g.hn通信接口140和142还可以将数据从计算设备130传输到应用处理器122和/或旋转部分110中的其他组件(例如,使用时分双工)。从计算设备130传输的数据可以包括例如用于控制应用处理器122的功能的指令、校准数据、配置参数或某些其他类型的数据。
52.从计算设备130向应用处理器122传输数据的过程可以类似于向计算设备130传输数据的过程,但是是在另一个方向上。因此,g.hn通信接口142从计算设备130接收数据并执行发送侧g.hn物理层功能(编码、调制),以提供传输到无线数据变换器114的数据通信组件116的数据调制后的rf信号。由于数据通信组件116和118之间的电感耦合,数据调制后的rf信号通过气隙112被发送,并且由g.hn通信接口140接收。g.hn通信接口140执行接收侧g.hn物理层功能(解调、解码),以从计算设备130恢复数据并将数据传输到应用处理器122。
53.g.hn还支持点对多点(ptmp)数据通信。图2示出了示例ptmp数据通信系统200。为了说明的目的,系统200包括图1所示的计算设备130和g.hn通信接口142。然而,在系统200中,计算设备130经由g.hn通信接口142和无源分路器202与多个感测设备(在图2中通过感测设备102a

102d例举)通信。在示例实施例中,计算设备130、g.hn通信接口142和无源分路器202位于载具104内,而感测设备102a

102d安装在载具104的外部部分上。无源分路器202和感测设备102a

102d之间的通信可以经由有线连接进行。如图2所示,感测设备102a

102d经由各自的数据通信电缆212a

212d通信地耦合到无源分路器202。
54.感测设备102a

102d可以类似于上文针对图1所述的感测设备102。因此,感测设备102a

102d可以包括但不限于lidar设备、相机、雷达单元或imu。为了支持g.hn通信,感测设备102a

102d可以各自包括相应的g.hn通信接口(未示出)。另外,感测设备102a

102d中的一个或多个可以包括具有与图1所示的无线数据变换器114类似的无线数据变换器的旋转链接件。
55.系统200所支持的ptmp通信可以涉及将数据传输到计算设备130的任何感测设备102a

102d和/或将数据传输到任何感测设备102a

102d的计算设备130。尽管出于说明的目的,图2示出了四个感测设备102a

102d,但是应当理解,ptmp数据通信系统可以支持计算设
备130和任意数量的感测设备之间的g.hn数据通信。
56.iii.示例无线电力传输系统
57.除了能够经由气隙112传送数据之外,感测设备102还可以被配置成经由气隙112传输电力,以便为旋转部分110中的各种电气组件供电。图3示出了示例无线电力传输系统300。在示例实施例中,系统300可以包括图1所示的感测设备102和载具104的数据通信组件(例如,无线数据变换器114、g.hn通信接口140和142)。然而,为了说明的目的,图3关注于与电力传输相关的感测设备102和载具104的组件。
58.在图3所示的示例中,感测设备102由载具104中的电池302(dc电压源)供电。电池302也可以为载具中的各种组件(诸如计算设备130)供电。为了将电力从电池302传达到感测设备102,电池302可以电连接到载具104上的连接器304,并且电力电缆306可以电连接到载具104上的连接器304和感测设备102的固定部分106上的相应连接器308。
59.来自电池302的电力可以用于为感测设备102中的各种电气组件(包括旋转部分110中的电气组件310)供电。取决于感测设备102的类型,电气组件310可以包括图1所示的传感器120、应用处理器122和g.hn通信接口140、以及其他电气组件。
60.例如,在感测设备102是lidar设备的实施例中,电气组件310可以包括一个或多个光发射器312、一个或多个光检测器314和一个或多个电机316。光发射器312可以将光脉冲发射到lidar设备的环境中。光检测器314可以检测与发射的光脉冲中的从环境中的对象反射的部分相对应的返回光脉冲。电机316可以旋转或以其他方式移动lidar设备的一个或多个元件。例如,电机316可以包括相对于固定部分旋转旋转部分110的电机。替选地或另外地,电机316可以包括旋转反射镜的电机,该反射镜反射由发射器312发射到环境中的光脉冲,并朝向光检测器314反射从环境返回的光脉冲。
61.为了经由气隙112传输电力,感测设备102可以包括无线电力变压器320。无线电力变压器320包括固定部分106中的一次绕组322和旋转部分110中的二次绕组324。一次绕组322和二次绕组324跨气隙112电感耦合在一起,使得ac信号可以经由气隙112从一次绕组322传输到二次绕组324。
62.固定部分106可以包括电力转换电路,该电力转换电路将来自电池302的dc电压转换成可以通过跨气隙112电感耦合发送的ac信号。在示例实施例中,电力转换电路包括电连接到连接器308(例如,经由预调节器或其他电路)的振荡器330(例如,开关电路)和电连接到振荡器330和一次绕组322的llc谐振电路332(例如,llc储能(tank)电路)。在操作中,振荡器330接收来自电池302的dc电压并生成具有基频和高频分量(例如,谐波)的波形(例如,方波信号)。可以选择波形的形状和基频,以便使波形的频率分量和用于g.hn数据通信的子载波频率之间的干扰最小。
63.将由振荡器330生成的波形(例如,方波信号)应用于llc谐振电路332,以在基频处生成正弦信号。正弦信号被应用于一次绕组322,并且作为响应,二次绕组324由于一次绕组322和二次绕组324之间的电感耦合而形成相应的正弦信号。这样,ac信号通过气隙112被传输到旋转部分110。
64.在旋转部分110中,整流器/滤波器电路334电连接到二次绕组324和电气组件310。整流器/滤波器电路334对来自二次绕组324的ac信号进行整流,并对整流后的信号进行滤波,以提供为电气组件310供电的dc电压。
65.iv.示例旋转链接件结构
66.图4是示例旋转链接件400的横截面图。在该示例中,旋转链接件400包括第一平台402和与第一平台通过间隙406分隔开的第二平台404。第二平台404被配置成相对于第一平台402围绕旋转轴线408旋转。参照图1和图3,第一平台402可以是固定部分106的一部分,第二平台404可以是旋转部分110的一部分,并且间隙406可以对应于气隙112。
67.图5是第一平台402从间隙406处的视图。第二平台404可以类似地配置。
68.如图4和图5所示,第一平台402和第二平台404是圆柱形的,并且第一平台402和第二平台404之间的间隙406是均匀的。然而,应当理解,第一平台402和第二平台404可以具有任何形状。此外,第一平台402和第二平台404之间的间隙406可以是非均匀的。例如,基于第一平台402和第二平台404的形状,在距旋转轴线408的不同径向距离处,间隙406的尺寸可能不同。另外,基于第一平台402和第二平台404的形状,间隙406的不同部分可以具有不同的轴向位置。
69.第一平台402和第二平台404可以由任何合适的材料组成,诸如金属或塑料材料。在示例性实施例中,间隙406是气隙。然而,间隙406还可以包括油或其他流体材料。在示例实施例中,间隙406的尺寸为1毫米量级(例如,在0.5毫米和1.5毫米之间)。然而,间隙406的其他尺寸是可能的,并且在本文中被设想。
70.在图4和图5所示的示例中,第一平台402和第二平台404包括在旋转链接件400中实现无线数据变换器(例如,类似于无线数据变换器114)和无线电力变压器(例如,类似于无线电力变压器320)两者的结构。然而,应当理解,替选地,旋转链接件可以包括无线数据变换器而没有无线电力变压器,或者无线电力变压器而没有无线数据变换器。
71.为了在旋转链接件400中实现无线数据变换器,第一平台402包括具有在其上形成的导电迹线图案的印刷电路板(pcb)410,并且第二平台404包括具有在其上形成的类似导电迹线图案的pcb 412。如图5所示,pcb 410上的导电迹线来自在触点416和触点418之间延伸的导电回路414(围绕旋转轴线408旋转两圈)。导电回路414可以经由触点416和418电连接到其他电气组件(未示出)。pcb 412上的导电迹线可以类似于pcb 410上的导电回路414,并且可以经由电触点被电连接到其他电气组件(未示出)。在示例实施例中,pcb 410和412上的导电回路可以电连接到相应的g.hn通信接口(例如,如以上针对图1所述)。
72.如图5所示,导电回路414是双匝回路。然而,应当理解,导电回路414可以包括更多或更少数量的匝数。此外,虽然图5示出了pcb 410上的导电迹线是回路形式的示例,但是应当理解,可以以其他方式配置导电迹线。
73.在示例性实施例中,pcb 410和412被定位成使得它们各自的导电迹线跨间隙406直接面对彼此,从而最大化导电迹线之间的电感耦合。利用该电感耦合,应用于pcb 412上的导电迹线的数据调制后的rf信号可以经由间隙406传输到pcb 410上的导电迹线。类似地,应用于pcb 410上的导电迹线的数据调制后的rf信号可以经由间隙406传输到pcb 412上的导电迹线。这样,pcb 410和412上的导电迹线可以在旋转链接件400中提供无线数据变换器。
74.为了在旋转链接件400中实现无线电力变压器,第一平台402包括一次绕组420,并且第二平台404包括二次绕组422。在示例实施例中,一次绕组420和二次绕组422是分别安置在铁氧体磁芯424和426内的环形线圈。
75.如图5所示,一次绕组420和铁氧体磁芯424以特定的径向距离围绕旋转轴线408对称布置。二次绕组422和铁氧体磁芯426可以类似地布置在距旋转轴线相同的径向距离处。在这种配置下,一次绕组420和二次绕组424直接跨间隙406面对彼此,以便使它们之间的电感耦合最大化。利用该电感耦合,应用到一次绕组420的ac信号经由间隙406传输到二次绕组422。一次绕组420和二次绕组422可以包括相应的导电引线(未示出),以将一次绕组420和二次绕组422电连接到其他电气组件。
76.铁氧体磁芯424和426分别限制(confine)一次绕组420和二次绕组422的磁通量。这种磁通量的限制可以有益地增加一次绕组420和二次绕组422之间的电感耦合。由铁氧体磁芯424和426提供的磁通量限制也可以分别降低一次绕组420和二次绕组422与pcb 410和412中的导电结构之间的电感耦合。这反过来可以减少通过无线电力变压器传输的信号和通过无线数据变换器传输的数据调制后的rf信号之间的干扰。
77.在图4和图5所示的示例中,安置在pcb 410上的导电回路414环绕第一平台402中的一次绕组420,而安置在pcb 412上的导电回路(未示出)环绕第二平台404中的二次绕组424。然而,在其他示例中,无线电力变压器的一次绕组和二次绕组可以环绕无线数据变换器的导电回路(或其他导电结构)。另外,虽然图4示出了与pcb 410轴向对齐的一次绕组420和与pcb412轴向对齐的二次绕组422,但是应理解,无线电力变压器的一次绕组和二次绕组的轴向位置可能与无线数据变换器的导电结构不同。
78.v.示例lidar设备
79.图6示出了通过旋转链接件传输电力和数据的示例lidar设备600。在该示例中,lidar设备600包括可以安装到载具或其他基础结构的固定部分602、以及旋转部分604。旋转部分604被配置成围绕旋转轴线606旋转。在示例实施例中,旋转速率可以在3hz和60hz之间,尽管其他旋转速率也是可能的。
80.固定部分602和旋转部分604包括各自的壳体608和610。旋转部分602的壳体610包括光学窗口612。在壳体610内,旋转部分包括各种组件,用于经由光学窗口612将光脉冲发送到lidar设备600的环境中,并经由光学窗口612接收来自环境的返回光脉冲。返回光脉冲对应于被环境中的对象(如图6中对象614所例示的)反射的发送光脉冲。
81.光脉冲可以具有在电磁光谱的紫外、可见光或红外部分的任何波长。在示例实施例中,光脉冲具有近红外波长(例如,波长介于800和1600纳米(nm)之间,诸如905nm)。光学窗口612由对发送光脉冲的波长透明的材料构成。例如,光学窗口612可以是聚合材料(例如,聚碳酸酯、丙烯酸等)、玻璃、石英或蓝宝石。
82.在该示例中,旋转部分604包括光学腔620,其包括一个或多个光发射器622和一个或多个光检测器624。一个或多个光发射器622可以包括例如激光二极管、激光二极管棒、发光二极管(led)或其他类型的光源。一个或多个光检测器624可以包括例如雪崩光电二极管(apd)、单光子雪崩二极管(spad)、硅光电倍增管(sipm)或其他类型的光检测器。
83.一个或多个光发射器622被配置成发射沿发送路径626传播的光脉冲。一个或多个光检测器624被配置成检测沿接收路径628传播的返回光脉冲。反射镜630将发射的光脉冲从发送路径626朝向光学窗口612偏转,以便传输到环境中。另外,从环境中的对象(例如,对象614)返回的光脉冲可以通过光学窗口612进入lidar设备,并且可以被反射镜630偏转进入接收光路径628。
84.在示例实施例中,反射镜630包括围绕反射镜轴632对称布置的四个反射面630a

630d。反射镜轴632由反射镜电机(未示出)驱动,该反射镜电机使反射镜630绕反射镜旋转轴线(例如,轴632的轴线)旋转,该反射镜旋转轴线可垂直于旋转轴线606。通过反射镜630的此旋转,反射面630a

630d中的不同反射面在不同时间相交于发送和接收路径626和628。图6示出了反射面630c与发送和接收路径626和628相交的时间点。尽管图6示出了反射镜630包括四个反射面的示例。反射镜630可以包括更多或更少数量的反射面。
85.在反射镜630绕反射镜旋转轴线旋转的同时,旋转部分604可以绕旋转轴线606旋转。在图6所示的示例中,旋转部分602的旋转涉及内轴640相对于外轴642的旋转。内轴和外轴由轴承644同心布置并旋转地耦合在一起。内轴640连接到基板646,基板646连接到旋转部分640的壳体610。外轴642连接到固定部分602的壳体608。
86.电机650(用虚线指示)使内轴640相对于外轴642旋转,由此使旋转部分604相对于固定部分602旋转。电机650包括由基板646支撑的定子652。施加到定子652的电流(例如,流过定子652中的场绕组的电流)生成磁场,该磁场与安置在外轴642(转子)上的磁体654相互作用以引起旋转。因为外轴642(转子)是固定部分602的一部分(例如,外轴642连接到固定部分602的壳体608)并且定子652是旋转部分604的一部分(例如,定子652由基板646支撑,基板646连接到旋转部分604的壳体610)。得到的旋转是旋转部分604相对于固定部分602的旋转。
87.lidar设备600的旋转部分604可以生成经由无线数据变换器发送到固定部分602的数据。此类数据可以包括例如指示由一个或多个光检测器624检测到的返回光脉冲的数据(例如,检测到返回光脉冲的时间、返回光脉冲的大小(magnitudes)、返回光脉冲的形状等)。这种数据还可以包括指示反射镜630关于反射镜旋转轴线的位置的数据(例如,来自反射镜电机中的编码器的数据)和指示旋转部分604关于旋转轴线606的位置的数据(例如,来自电机650中的编码器的数据)作为时间的函数。
88.旋转部分604的电气组件也可以由经由无线电力变压器从固定部分602传输的电力供电。此类电气组件可以包括例如电机650、反射镜电机、一个或多个光发射器622和一个或多个光检测器624。此类电气组件还可以包括图6中未示出的其他电子器件。例如,旋转部分604可以包括应用处理器和g.hn通信接口(例如,如图2所示)。
89.为了在lidar设备600中实现无线数据变换器和无线电力变压器,固定部分602包括安装在外轴642上的第一平台660,并且旋转部分604包括安装在基板646上的第二平台662。第一pcb 664被安置在第一平台660上,并且第二pcb 666被安置在第二平台662上。pcb 664和666分隔开一间隙,并且包括跨该间隙电感耦合在一起的各个导电迹线(例如,各个导电回路),以形成无线数据变换器(例如,如以上针对图4所述)。一次绕组670和铁氧体磁芯672被安置在第一平台660中,并且二次绕组674和铁氧体磁芯676被安置在第二平台662中。一次绕组670和二次绕组674分隔开一间隙,并且跨间隙电感耦合在一起,以形成无线电力变压器(例如,如以上针对图4所述)。
90.vi.示例载具
91.图7a

7e示出了根据示例实施例的载具700。载具700可以是半自主或完全自主载具。虽然图7a

7e示出了载具700是汽车(例如,小型货车),但是将理解的是,载具700可以包括可以使用传感器和其他有关其环境的信息在其环境内导航的另一类型的自主载具、机器
人或无人机。
92.载具700可以包括一个或多个传感器系统702、704、706、708和710。在示例实施例中,传感器系统702、704、706、708和710各自包括相应的lidar设备。另外,传感器系统702、704、706、708和710中的一个或多个可以包括雷达设备、相机或其他传感器。
93.传感器系统702、704、706、708和710的lidar设备可以被配置成绕轴线(例如,图7a

7e中所示的z轴线)旋转,以便用光脉冲照亮载具700周围的至少一部分环境,并检测反射光脉冲。基于对反射光脉冲的检测,可以确定关于环境的信息。从反射光脉冲确定的信息可以指示到载具700周围环境中的一个或多个对象的距离和方向。例如,该信息可以用于生成与载具700的环境中的物理对象相关的点云信息。该信息还可以用于确定环境中对象的反射率、环境中对象的材料组成、或与载具700的环境有关的其他信息。
94.从传感器系统702、704、706、708和710中的一个或多个获得的信息可用于控制载具700,诸如当载具700以自主或半自主模式运行时。例如,该信息可以用于确定路线(或调整现有路线)、速度、加速度、载具朝向、制动操纵或载具700的其他驾驶行为或操作。
95.vii.示例方法
96.本文描述的是可以在上述任何配置中实现的示例方法和过程,包括图1和图3所示的感测设备102、图2所示的感测设备102a

102d、图4和图5所示的旋转链接件400以及图6所示的lidar设备600。然而,所描述的方法和过程也可以在其他系统或设备中实现。
97.图8是根据示例实施例的方法800的流程图。方法800可以包括一个或多个操作、功能或动作,如框802

810中的一个或多个所示。尽管流程图示出了以特定顺序发生的框802

810,但是可以以不同的顺序和/或可以同时执行一个或多个框。
98.在框802,方法800涉及相对于感测设备的固定部分旋转感测设备的旋转部分。旋转部分与固定部分通过间隙分隔开。例如,旋转可以由旋转部分中的电机引起。在示例实施例中,旋转速率在3hz和60hz之间,并且间隙为1mm量级(例如,在0.5mm和1.5mm之间)。然而,其他旋转速率和间隙尺寸也是可能的。
99.在框804,方法800涉及由旋转部分中的一个或多个传感器生成数据。取决于感测设备的性质,一个或多个传感器可以包括一个或多个光检测器、图像传感器、无线电接收器、加速度计、陀螺仪、磁力计、电机编码器或其他类型的传感器,以及相关联的电子器件(例如,模数转换器)。
100.在框806,方法800涉及通过旋转部分中的通信接口用纠错码对由一个或多个传感器生成的数据进行编码,以提供编码的数据。纠错码可以是例如前向纠错码(诸如低密度奇偶校验(ldpc)码)。
101.在框808,方法800涉及通过通信接口用编码的数据调制射频(rf)信号,以提供数据调制后的rf信号。在示例实施例中,rf信号包括多个子载波,并且数据调制后的rf信号是ofdm信号。在这些实施例中,子载波的频率可以大于1mhz且小于1ghz。例如,多个子载波可以占用频率范围,诸如2

50mhz或2

200mhz。所得到的数据调制后的rf信号可以提供大于100兆比特/秒的数据速率。
102.在框810,方法涉及通过通信接口经由无线数据变换器向固定部分传输数据调制后的rf信号。无线数据变换器包括固定平台中的第一导电结构和旋转部分中的第二导电结构,使得第一导电结构和第二导电结构跨间隙电感耦合在一起。
103.在一些实施例中,在执行框802的同时执行框804

810。因此,在旋转部分相对于固定部分旋转时,一个或多个传感器可以生成数据,并且通信接口可以对数据进行编码以提供编码的数据,调制rf信号(例如,包括多个子载波的rf信号)以提供调制后的rf信号,并且经由无线数据变换器将调制后的rf信号传输到固定部分。
104.在一些实施例中,方法800还涉及通过通信接口经由无线数据变换器接收进一步数据调制后的rf信号。通信接口可以解调进一步数据调制后的rf信号以恢复进一步编码的数据。通信接口可以对进一步编码的数据进行解码以恢复进一步的数据。通信接口可以将进一步的数据发送到旋转部分中的应用处理器或其他组件。
105.在一些实施例中,方法800还涉及通过无线电力变压器向旋转部分传输电力,所述无线电力变压器包括固定部分中的一次绕组和旋转部分中的二次绕组。一次绕组和二次绕组跨间隙电感耦合在一起。
106.在一些实施例中,固定部分包括第一平台,并且旋转部分包括第二平台,其中固定部分和旋转部分之间的间隙在第一平台和第二平台之间。在这样的实施例中,第一导电结构可以被安置在第一平台中,并且第二导电结构可以被安置在第二平台中。第一导电结构可以是第一导电回路,并且第二导电结构可以是第二导电回路。第一导电回路和第二导电回路可以是例如单匝回路或多匝回路。在一些实施例中,第一导电回路和第二导电回路可以由相应pcb上的导电迹线形成。因此,第一平台可以包括具有形成第一导电回路的导电迹线的第一pcb,并且第二平台可以包括具有形成第二导电回路的导电迹线的第二pcb。
107.在一些实施例中,第一平台和第二平台可以包括提供无线电力变压器的附加导电结构。例如,第一平台可以包括一次绕组,并且第二平台可以包括二次绕组。在这样的实施例中,第一导电结构(例如,第一导电回路)可以至少部分地环绕一次绕组,而第二导电结构(例如,第二导电回路)可以至少部分地环绕二次绕组。此外,高磁导率材料(例如,铁氧体)可以被安置在一次绕组和第一导电结构之间和/或二次绕组和第二导电结构之间。
108.viii.结论
109.附图中所示的特定布置不应被视为限制性的。应该理解的是,其他实现可以包括给定图中所示的每个元件的更多或更少。此外,可以组合或省略所示的一些元件。更进一步,示例性实现可以包括图中未示出的元件。另外,虽然在本文中公开了各种方面和实现,但是对于本领域技术人员来说,其他方面和实现将是清楚的。本文所公开的各个方面和实现是为了说明而非旨在限制,其真实范围和精神由所附权利要求所示。在不偏离本文所呈现的主题的精神或范围的情况下,可以使用其他实现,并且可以进行其他更改。将容易理解的是,如本文中一般描述的和图中所示的,本发明的各方面可以以各种不同的配置进行布置、替换、组合、分离和设计。

技术特征:
1.一种感测设备,包括:固定部分;旋转部分,其中所述旋转部分与所述固定部分通过间隙分隔开,并且被配置成相对于所述固定部分旋转;无线数据变换器,包括所述固定部分中的第一导电结构和所述旋转部分中的第二导电结构,其中所述第一导电结构和所述第二导电结构跨所述间隙电感耦合在一起;所述旋转部分中的一个或多个传感器,其中所述一个或多个传感器被配置成生成数据;以及所述旋转部分中的通信接口,其中所述通信接口被配置成(i)用纠错码对由所述一个或多个传感器生成的数据进行编码以提供编码的数据,(ii)用所述编码的数据调制包括多个子载波的射频rf信号以提供数据调制后的rf信号,以及(iii)经由所述无线数据变换器将所述数据调制后的rf信号传输到所述固定部分。2.根据权利要求1所述的感测设备,其中,所述第一导电结构包括第一导电回路,并且所述第二导电结构包括第二导电回路。3.根据权利要求1所述的感测设备,还包括无线电力变压器,其中所述无线电力变压器包括所述固定部分中的一次绕组和所述旋转部分中的二次绕组。4.根据权利要求1所述的感测设备,其中,所述固定部分包括第一平台,并且所述旋转部分包括第二平台,其中所述第一导电结构和所述一次绕组被安置在所述第一平台中,并且其中所述第二导电结构和所述二次绕组被安置在所述第二平台中。5.根据权利要求1所述的感测设备,其中,所述数据调制后的rf信号是正交频分复用ofdm信号。6.根据权利要求5所述的感测设备,其中,所述通信接口被配置成根据g.hn规范发送和接收数据。7.根据权利要求1所述的感测设备,其中,所述感测设备包括光检测和测距lidar设备。8.一种系统,包括:第一平台;第二平台,与所述第一平台通过间隙分隔开,其中所述第二平台被配置成相对于所述第一平台旋转;装置,耦合到所述第二平台,其中所述装置包括被配置成生成数据的一个或多个传感器;无线数据变换器,被配置成经由所述间隙传输由所述一个或多个传感器生成的数据,其中所述无线数据变换器包括所述第一平台中的第一导电结构和所述第二平台中的第二导电结构,其中,所述第一导电结构和所述第二导电结构跨所述间隙电感耦合在一起;以及通信接口,被配置成(i)用纠错码对由所述一个或多个传感器生成的数据进行编码以提供编码的数据,(ii)用所述编码的数据调制包括多个子载波的射频rf信号以提供数据调制后的rf信号,以及(iii)经由所述无线数据变换器传输所述数据调制后的rf信号。9.根据权利要求8所述的系统,其中,所述第一导电结构包括第一导电回路,并且所述第二导电结构包括第二导电回路。10.根据权利要求9所述的系统,还包括:
无线电力变压器,被配置成经由所述间隙向所述装置传输电力,其中所述无线电力变压器包括所述第一平台中的一次绕组和所述第二平台中的二次绕组。11.根据权利要求10所述的系统,其中,所述第一导电回路至少部分地环绕所述一次绕组,并且所述第二导电回路至少部分地环绕所述二次绕组。12.根据权利要求8所述的系统,其中,所述数据调制后的rf信号是正交频分复用ofdm信号。13.根据权利要求12所述的系统,其中,所述通信接口被配置成根据g.hn规范发送和接收数据。14.根据权利要求8所述的系统,其中,所述一个或多个传感器包括至少一个光检测器。15.根据权利要求8所述的系统,其中,所述装置包括电机,所述电机被配置成引起所述第二平台相对于所述第一平台的旋转。16.一种方法,包括:相对于感测设备的固定部分旋转所述感测设备的旋转部分,其中所述旋转部分与所述固定部分通过间隙分隔开;通过所述旋转部分中的一个或多个传感器生成数据;通过所述旋转部分中的通信接口,用纠错码对由所述一个或多个传感器生成的数据进行编码,以提供编码的数据;通过所述通信接口用编码的数据调制包括多个子载波的射频rf信号,以提供数据调制后的rf信号;以及通过所述通信接口,经由无线数据变换器将所述数据调制后的rf信号传输到固定部分,其中所述无线数据变换器包括所述固定部分中的第一导电结构和所述旋转部分中的第二导电结构,其中,所述第一导电结构和所述第二导电结构跨所述间隙电感耦合在一起。17.根据权利要求16所述的方法,其中,所述数据调制后的rf信号是正交频分复用ofdm信号。18.根据权利要求17所述的方法,其中,所述通信接口被配置成根据g.hn规范发送和接收数据。19.根据权利要求16所述的方法,还包括:通过所述通信接口经由所述无线数据变换器接收进一步的数据调制后的rf信号;通过所述通信接口解调所述进一步的数据调制后的rf信号以恢复进一步的编码的数据;以及通过所述通信接口对所述进一步的编码的数据进行解码以恢复进一步的数据。20.根据权利要求16所述的方法,还包括:经由无线电力变压器向所述旋转部分传输电力,其中所述无线电力变压器包括所述固定部分中的一次绕组和所述旋转部分中的二次绕组。
技术总结
一种感测设备包括固定部分和旋转部分。旋转部分与固定部分通过间隙分隔开,并且被配置成相对于固定部分旋转。旋转部分包括生成数据的一个或多个传感器。旋转部分中的通信接口被配置成用纠错码对数据进行编码以提供编码的数据,用编码的数据调制包括多个子载波的射频(RF)信号,以提供数据调制后的RF信号(例如,正交频分复用(OFDM)信号),以及经由无线数据变换器将数据调制后的RF信号传输到固定部分。无线数据变换器包括固定部分中的第一导电结构和旋转部分中的第二导电结构。第一导电结构和第二导电结构跨间隙电感耦合在一起。第二导电结构跨间隙电感耦合在一起。第二导电结构跨间隙电感耦合在一起。


技术研发人员:Y.秦 P.卡普卢斯
受保护的技术使用者:伟摩有限责任公司
技术研发日:2020.12.29
技术公布日:2021/7/15

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