便携式自主载具连接性平台的制作方法

本公开总体上涉及自主载具(autonomousvehicle)，并且具体地，但非排他地，涉及用于自主载具的部署连接性。

背景技术：

无人(unmanned)载具，也可以被称为自主载具(av)，是能够在没有物理上存在的人类操作员的情况下行进的载具。无人载具可以以远程控制模式、自主模式或部分自主模式操作。

当无人载具以远程控制模式操作时，位于远程位置的飞行员或驾驶员可以通过经由无线链路发送到无人载具的命令来控制无人载具。当无人载具以自主模式操作时，无人载具通常基于预编程的导航航路点(waypoint)、动态自动化系统或这些的组合进行移动。此外，一些无人载具可以以远程控制模式和自主模式两者操作，并且在某些情况下可以同时这样做。例如，作为示例，远程飞行员或驾驶员可能希望在手动执行另一任务(诸如操作用于接载对象的机械系统)时将导航交托给自主系统。

存在用于各种不同环境的各种类型的无人载具。例如，无人载具存在用于在空中、在地面上、在水上或在水下、以及在太空中操作。无人飞行器(uav)总体上变得更加普及。它们正部署在各种不同的现场(field)设置中，包括城市、郊区和乡村环境。各种各样的部署环境为提供这些av通常依赖的连接性基础设施带来了挑战。用于长期或者甚至短期部署的av连接性可能需要访问由远程服务器、云服务或命令终端提供的后端资源。期望以最少的设立(setup)和拆卸工作量使这些后端资源可用于各种现场设置。

附图说明

参考以下附图描述了本发明的非限制性和非穷举性的实施例，其中，除非另外指明，否则贯穿各个视图，相似的附图标记表示相似的部分。在适当的情况下，并非元素的所有实例必须被标记，以免使附图混乱。附图不一定按比例绘制，反而将重点放在说明所描述的原理上。

图1是根据本公开的实施例的用于使用便携式av连接性平台(pavcp)的自主载具(av)生态系统的示意图，该pavcp将现场部署的av链接到后端远程服务器。

图2是示出根据本公开的实施例的包括安装在pavcp上的软件实用程序(utility)的av生态系统的各种功能组件的功能框图。

图3是示出根据本公开的实施例的pavcp的操作过程的流程图。

图4a是根据本公开的实施例的具有敞开的盖的pavcp的透视示意图。

图4b是根据本公开的实施例的具有闭合的盖的pavcp的后部的透视示意图。

图5a是根据本公开的实施例的用于将内部组件安装在pavcp的便携式壳体内的内部机架(chassis)的透视示意图。

图5b是根据本公开的实施例的安装到内部机架的顶侧组件的分解透视示意图。

图5c是根据本公开的实施例的滑架(carriage)盖的底侧和顶侧内部组件的透视示意图。

图5d是根据本公开的实施例的安装到内部机架的底侧内部组件的分解透视示意图。

具体实施方式

本文描述了用于便携式自主载具连接性平台(pavcp)的系统、装置和操作方法的实施例。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有特定细节中的一个或多个的情况下或者在其他方法、组件、材料等的情况下实践本文描述的技术。在其他情况下，未详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作，以便避免混淆某些方面。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“一实施例”的引用是指结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书各处出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定全部指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。

自主载具(av)的操作可能需要各种连接性基础设施，以实现全面的操作支持。连接性基础设施可以包括对可能消耗显著的回程吞吐量的后端资源的访问。相应地，本地部署的装备可能需要在av、本地传感器(例如天气站)、本地操作员终端或其他装备之间的本地连接性。跨越广泛的部署环境维持到av的足够连接性基础设施可能是有挑战性的。

因此，本文描述的便携式自主载具连接性平台(pavcp)的实施例提供了用于各种环境中远程部署的全功能(fullfeatured)便携式连接性基础设施。连同针对后端连接的有线和/或无线广域网(wan)连接性一起，pavcp提供针对部署的设备的有线和/或无线局域网(lan)连接性。尽管本文描述的实施例可以提供显著的宽带回程吞吐量，但是pavcp还提供本地存储(例如，千兆字节、太字节、或更多)方案，以向后端资源提供快速的数据卸载、缓存和时移传输。例如，本文描述的pavcp的实施例可以从av快速下载任务日志报告，并且随后将那些大文件上传到云数据存储服务。pavcp还提供针对本地环境监视的连接性，连同对部署的av和支持装备的远程配置、监视、管理和支持一起。在各种实施例中，这些连接性服务被集成到坚固的便携式形状因数(formfactor)，其以灵活的供电和数据连接性选项提供快速设立和拆卸，以适应(accommodate)各种各样的部署环境。

图1是根据本公开的实施例的其中pavcp101将现场部署的av105链接到包括远程服务器110的后端资源的av生态系统100的示意图。av生态系统100的图示实施例包括pavcp101、av105、服务器110、广域网(wan)侧网络115、局域网(lan)设备和传感器120、以及天气传感器125。pavcp101的图示实施例包括便携式壳体130、内部机架135、震动隔离器140、控制器145、电源适配器150、网关路由器155、(多个)无线适配器160、有线适配器165、蜂窝调制解调器170和有线wan端口175。控制器145的图示实施例包括本地存储180和(多个)处理器185。

pavcp101被设计为具有坚固和便携式的形状因数，即使在远程部署位置，其也可以容易且安全地运输到各个位置以提供到av105的连接性。因此，pavcp101包括保护内部组件(例如，网关路由器155、电源适配器150、控制器145、无线适配器160、有线适配器165、蜂窝调制解调器170、有线wan端口175等)的便携式壳体130。图4a和图4b(下面详细讨论)示出了便携式壳体130的示例形状因数，该便携式壳体130包括具有盖的坚固且耐候性(weather-resistant)壳体。当然，可以实现其他形状因数。

在一个实施例中，内部组件被安装在内部机架135上，该内部机架又通过震动隔离器140被悬挂在便携式壳体130内。震动隔离器140被安装在便携式壳体130的内表面和内部机架135之间，以在便携式壳体130掉落或以其他方式受到冲击的情况下提供机械震动吸收来保护内部组件。在一个实施例中，在安装在内部机架135上的内部组件与便携式壳体130的外部端口之间没有形成刚性连接。反而，到内部组件的所有电力和通信连接是经由柔性线缆形成的。在所示的实施例中，震动隔离器140的四个实例每个均耦合到内部机架135的相应角区域以悬挂内部机架135。图5a、图5b和图5d(下面详细讨论)示出了内部机架135和震动隔离器140的一种可能的实现方式。当然，可以实现其他震动隔离机构。

网关路由器155被包括在便携式壳体130内，并且进行操作以桥接wan侧适配器和lan侧适配器之间的通信以及wan/lan侧适配器和控制器145之间的通信。wan侧适配器可以包括蜂窝调制解调器170、有线wan端口175、或包括wifi客户端或其他(未示出)的其他通信技术。lan侧适配器可以包括无线适配器160和有线适配器165。在一个实施例中，网关路由器155另外能够在各种wan侧适配器之间进行带宽聚合和故障转移(failover)支持。例如，pavcp101可以包括多个蜂窝调制解调器170(例如，两个、四个或更多个)，并且网关路由器155可以被配置为聚合跨越这些多个独立蜂窝连接的带宽，以通过网络115向远程服务器110提供宽带回程吞吐量。在一个实施例中，网关路由器155还能够聚合蜂窝调制解调器170和(多个)有线wan端口175的带宽。(多个)wan端口175可以提供本地有线互联网服务提供者(isp)连接。网络115表示在wan侧上用于与一个或多个远程服务器110连接的任何数量的网络(例如，互联网)或中间网络(例如，蜂窝网络、城域网等)。例如，网关路由器155可以用peplinkmaxhd2或peplinkmaxhd4路由器实现。

pavcp101的所示实施例包括用于连接到av105的无线lan侧适配器和有线lan侧适配器两者、本地天气站的天气传感器125、和/或各种其他lan设备和传感器120。无线适配器160可以包括用于高速数据传送的wifi接入点(例如802.11ac/g/nwlan)、以及附加的无线适配器(例如802.15.4收发器)，该附加的无线适配器具有比用于连接到天气传感器125的wifi收发器更低的功耗和更低的带宽。当然，可以实现其他无线收发器。有线适配器165可以被包括作为有线以太网lan交换机、usb集线器和/或以其他方式提供有线连接。在一个实施例中，有线适配器165是能够为一个或多个lan设备和传感器120供电的被供电的有线lan适配器(例如，通过以太网交换机供电)，因为它们可以被部署在远程现场位置而无需独立的电源。在一个实施例中，将部署在特定区域(例如，北美)或者甚至部署在全球的pavcp101的所有实例为它们的lan侧无线适配器160之一分配公共的ssid网络名称给，以确保av105始终能够识别并连接到已部署的pavcp101。

控制器145被包括在内部机架135上，以设定(choreograph)pavcp101和其他内部组件的操作。控制器145包括耦合到网关路由器155的本地存储180和处理器185。本地存储180存储数据(例如，来自av105的任务日志报告、分析数据、任务规划数据等)以及由处理器185执行的应用指令。本地存储180可以被实现为一个或多个物理存储器单元，诸如硬盘驱动器、快闪存储器或其他。处理器185可以被实现为一个或多个通用微处理器。外部存储还可以经由有线适配器165(例如，usb端口等)耦合到控制器145。

pavcp101的所示实施例包括用于为pavcp101的内部组件供电的电源适配器150。电源适配器150的所示实施例包括交流(ac)电源调节器151和直流(dc)电源调节器152两者。这样，电源适配器150能够从外部ac或dc电源为pavcp101供电。在一个实施例中，电源适配器150可以插入av105(或其他便携式电池)之一，并从av105的内部电池供电。

图2是示出根据本公开的实施例的包括安装在pavcp101上的软件实用程序的av生态系统100的各种功能组件的功能框图。例如，控制器145的所示实施例包括安装在本地存储180上的av日志实用程序205、av更新实用程序210、远程访问实用程序215、度量收集实用程序220、远程管理实用程序225和传感器实用程序230，以便由处理器185执行。相应地，云存储240、远程终端245、管理/配置服务250和任务服务255作为跨一个或多个远程服务器110安装的远程服务被全部提供。注意，wan侧适配器在图2中未示出，以不使附图混乱。

av日志实用程序205由控制器145执行，以管理任务日志报告的下载、缓存和上传。在操作期间，av日志实用程序205在从任务返回并通过无线适配器160(例如wifi连接)或有线适配器165与pavcp101建立通信会话时，自动从av105接收任务日志报告。任务日志报告包括av105在其任务期间获取的任务数据。在uav的情况下，任务日志报告可以包括传感器数据(例如，gps跟踪数据)、图像数据、通信日志、遥测数据、或者与最近完成的飞行任务相关的其他信息。一旦被下载，任务日志报告被临时缓存在本地存储180内，同时av日志实用程序205将每个任务日志报告上传到云存储240。如上所述，网关路由器155可以聚合wan侧适配器上的可用带宽以实现到云存储240的可靠的宽带回程吞吐量。

av更新实用程序210是安装在pavcp101上的本地实用程序，其管理用于将任务规划数据和/或其他更新从安装在远程服务器110上的云存储240传送到av105的连接性。任务规划数据可以包括新任务路线、活动和其他任务执行命令/数据，以在新任务期间由av105执行或参考。在一个实施例中，任务规划数据通过pavcp101被直接传送到av105。在其他实施例中，任务规划数据被本地缓存在本地存储180上，并且av更新实用程序210通过lan侧适配器与一个或多个av105建立通信会话，并且将任务规划数据上传到连接的av105。因此，av更新实用程序210可以监督任务规划数据从(多个)远程服务器110到av105的本地分布。在一个实施例中，av更新实用程序210还支持各种其他类型的空中(ota)更新的本地缓存，以在稍后的时间被加载到av105上。

远程访问实用程序215是使远程终端245(例如，安装在远程服务器110上的远程终端)的操作员能够实时访问av105的实用程序。远程访问实用程序215促进了远程终端245和av105之间的安全加密通信会话(例如，加密的vpn隧道、ssh隧道等)。av105和远程终端245之间的这些远程管理连接可以用于传达实时配置命令和响应确认，用于av105的远程操作员配置、服务、故障排除、编程、实时远程工程支持等。

度量收集实用程序220由控制器145执行以监视和跟踪av日志实用程序205和av更新实用程序210的操作。例如，在一个实施例中，度量收集实用程序220生成分析数据，该分析数据测量任务日志报告的累积速率、任务日志报告的存储占用率、和/或任务日志报告从本地存储180的卸载速率。在某些情况下，av105可以在每个任务期间累积大量数据。这样，监视此数据的下载、缓存和上传可能成为一项重要任务，以便及时提供对av105的远程监督和监视。监督资源的可用性以缓存和上传这些任务日志报告也很重要，以便如果任务日志报告在本地存储180中比将它们上传到云存储240更快地累积，则应及时采取补救措施。度量收集实用程序220还负责通过wan侧适配器将此分析数据报告给安装在远程服务器110上的管理/配置服务250。

远程管理实用程序225被安装在pavcp101上，以提供pavcp101本身的远程管理、服务、故障排除、远程工程支持和/或配置。在一个实施例中，远程管理实用程序225还支持安全加密通信。

传感器实用程序230由控制器145执行，以从一个或多个本地传感器获取、缓存和/或将实时或历史传感器数据流传输到任务服务255。例如，在一个实施例中，传感器实用程序230流传输来自包括天气传感器125的本地天气站的天气数据，以供任务服务255发布。在一个实施例中，lan设备和传感器120包括自动相关监管-广播(ads-b)接收器，并且载人飞行器广播被流传输到任务服务255。在又一个实施例中，在av105是无人水运工具(watercraft)的实施例中，lan设备和传感器120包括自动识别系统(ais)接收器，以用于将船舰交通服务流传输到任务服务255。流传输到任务服务255的传感器数据可以与从pavcp101的许多部署实例接收的传感器数据合并，以生成实时数据的区域数据库。在一个实施例中，pavcp101可以包括gps接收器，并且传感器实用程序230还可以包括将位置数据实时报告回远程服务器110的位置实用程序。该位置数据可以与来自天气传感器125的天气数据组合以提供天气数据的定位。另外，当pavcp101移动时，位置数据可以与地理围栏(geofence)操作一起使用以在远程服务器110处发出警报或报告。

图3是示出根据本公开的实施例的用于pavcp101的操作的过程300的流程图。在过程300中一些或所有过程框出现的顺序不应被认为是限制性的。反而，受益于本公开的本领域的普通技术人员将理解，一些过程框可以以未示出的各种顺序或者甚至并行地执行。

在过程框305中，pavcp101通电。可以从ac或dc外部源获得电力。在一个实施例中，dc电力调节器152能够从12v或24v源汲取电力。

在判定框310中，av更新实用程序210连接到远程服务器110以确定新任务规划数据是否可用，并且如果可用，则从云存储240下载新任务规划数据(过程框315)，将新任务规划数据缓存到本地存储180中(过程框320)，并且随后将新任务规划数据上传到av105(过程框325)。在其他实施例中，仅使用用于连接性的pavcp101将新任务规划数据直接从云存储240传送到av105。因此，在这些实施例中，任务规划数据未被缓存，并且过程框320被省略。

在判定框330中，在从任务返回时，返回的av105连接到pavcp101，并且av日志实用程序205通过lan侧适配器从返回的av105接收任务日志报告(过程框335)。av日志实用程序205将任务日志报告缓存到本地存储180中(过程框340)。一旦被下载，网关路由器155就可以聚合wan侧带宽以用于宽带回程吞吐量(过程框345)，并且av日志实用程序205将任务日志报告上传到远程服务器110上的云存储240(过程框350)。

如果启用度量收集(判定框355)，则度量收集实用程序220从本地过程和pavcp101内的数据获取分析数据或以其他方式生成分析数据(过程框360)。随后，通过wan侧适配器将分析数据报告给在远程服务器110上执行的管理/配置服务250(过程框365)。

当期望对av105进行远程管理时(判定框370)，由远程访问实用程序215在av105与远程终端245之间建立安全隧道(过程框375)。例如，安全隧道可以使用安全壳体(shh)安全信道将实时配置命令传送到av105，并将响应确认递送回远程终端245(过程框380)。

图4a和图4b是根据本公开的实施例的pavcp400的透视示意图。pavcp400是pavcp101的一种可能的实现方式。图4a示出了其便携式壳体410的盖405敞开的pavcp400的前顶侧，而图4b示出了盖405闭合的pavcp400的背面。

如所示出的，便携式壳体410是保护pavcp400的内部组件的坚固的耐候性壳体。这些内部组件包括蜂窝调制解调器和天线415(wan侧适配器)、无线接入点和/或客户端420(lan侧和/或wan侧适配器)、用户控制面板425和用于将内部组件耦合到便携式壳体410背面的外部端口435的柔性线缆430。盖405的所示实施例还包括安装在盖405的内部的线缆管理托架440。线缆管理托架440的尺寸被设计成装载pavcp400的电源/通信线(cord)。线缆管理托架440与滑架盖445中的切口对准，许多内部组件安装在该切口。滑架盖445继而用拇指螺钉450安装到悬挂的内部机架(参见图5a和图5b)。线缆管理托架440防止电力/通信线干扰内部机架的悬挂行进，从而保护内部组件。

应当理解，在一些实施例中，便携式壳体410可以更大并且采用各种其他形状以容纳附加/更大的内部组件。例如，在一个实施例中，在外部电力不可用的情况下，便携式壳体410可以足够大以容置机载电池来在有限的时间段(例如，几小时)内提供备用电力。在大多数实施例中，便携式壳体410可以包括轮子以方便运输。在一个实施例中，外部端口435可以包括外部rf连接器，用于附接外部天线或附接长距离(longruns)的同轴线缆以提供灵活的现场设立。

图5a至图5d示出了根据本公开的实施例的用于安装和保护pavcp的内部组件的内部机架500和震动隔离器505的不同视图。全部根据本公开的实施例，图5a是内部机架500的透视示意图，图5b是安装到内部机架500的顶侧内部组件的分解透视示意图，图5c是滑架盖445的底侧和顶侧内部组件的透视示意图，而图5d是安装到内部机架500的底侧内部组件的分解透视示意图。内部机架500是内部机架135的一种可能的实现方式，而震动隔离器505是震动隔离器140的一种可能的实现方式。

参考图5a，内部机架500提供了支撑或滑架，pavcp的内部组件以夹合(sandwiching)配置沿上下两侧安装到该支撑或滑架(参见图5b和图5d)。该夹合配置与内部机架500的内部导轨515一起限定了延伸穿过机架的中央部分的冷却腔510。通风口切口520被安置在冷却腔510的任一端，并与便携式壳体410上的通风口460对准(参见图4b)。切口530减轻了内部机架500的整体重量。在一个实施例中，内部机架500由粘结的轻质聚碳酸酯材料制成，并且通过卡扣配合、榫舌和沟槽接头535组装，使得不需要特殊的黏合固定物。

参考图5b和图5d，示出的实施例包括安置在内部机架500的四个角区域处的震动隔离器505，并且用于将内部机架500连同内部组件一起悬挂在pavcp的便携式壳体410内。图5d示出了安装到内部机架500的下侧的示范网关路由器570。在示出的实施例中，震动隔离器505被实现为线缆绳隔离器，其弯曲以提供机械震动吸收。在一个实施例中，震动隔离器505在压缩下被预加载在便携式壳体410的内表面和内部机架500之间。对于给定尺寸的隔离器，预加载可以在张力和压缩中提供更均匀的悬挂行进。当然，可以实现用于震动隔离器505的其他类型、配置和安装位置。

对于便携式壳体410的给定内部体积，相对于泡沫填充，内部机架500的悬挂提供了更大的机械震动吸收和悬挂行进。此外，内部机架500的悬挂允许空气围绕内部组件流动，用于相对于泡沫填充的改善的对流冷却。在所示的实施例中，风扇540被安置在冷却腔510的相对的远端处，其中一个被定向为将空气推入冷却腔510中，并且另一个被定向为将空气从冷却腔510中排出。当然，可以实现其他配置。在一个实施例中，在便携式壳体410的内部提供恒温器，以向风扇540提供自调节的温度控制反馈。

图5c示出了滑架盖445的下侧，其安装在内部机架500的顶侧上方。如图所示，多个散热器560被安装到滑架盖445的下侧，并且用于从热连接的内部组件吸走热量。当滑架盖445被安装到内部机架500上时，散热器560延伸到冷却腔510中，以经由推动穿过冷却腔510的空气提供对流冷却。

图5b和图5c还示出了内部组件如何经由柔性线缆430电耦合到外部端口435。在内部机架500或安装到其上的内部组件与便携式壳体410之间没有建立刚性的连接，该刚性的连接阻止震动隔离器505的悬挂行进。

在计算机软件和硬件方面描述了上面说明的过程。所描述的技术可以构成包含在有形或非暂时性机器(例如，计算机)可读存储介质中的机器可执行指令，其在由机器执行时将使机器进行所描述的操作。另外，过程可以在诸如专用集成电路(“asic”)或其他的硬件内体现。

一种有形的机器可读存储介质包括提供(即，存储)以机器(例如，计算机、网络设备、个人数字助理、制造工具、具有一个或多个处理器的集合的任何设备等)可访问的非暂时性形式的信息。例如，机器可读存储介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁盘存储介质、光学存储介质、快闪存储器设备等)。

包括摘要中描述的内容的本发明的图示实施例的以上描述并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。尽管本文出于说明性目的描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内可以进行各种修改。

鉴于以上详细描述可以对本发明做出这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制为说明书中公开的特定实施例。反而，本发明的范围将完全由所附权利要求确定，所附权利要求书将根据权利要求解释的既定原则来解释。