自主機(jī)器控制系統(tǒng)的高可用性的制作方法
【專利摘要】一種控制系統(tǒng)(10)，用于包括自主機(jī)器(16)的工作場(chǎng)地(12)，其包括中央控制系統(tǒng)(14)，該中央控制系統(tǒng)(14)包括服務(wù)器集群(46)，其被設(shè)置為在服務(wù)器集群(46)中確切的一個(gè)(72)上執(zhí)行自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序。RAID系統(tǒng)(56)與服務(wù)器集群(46)通信。第一交換機(jī)(42)將第一網(wǎng)絡(luò)(38)與服務(wù)器集群(46)互連，第二交換機(jī)(44)將第二網(wǎng)絡(luò)(40)與服務(wù)器集群(46)互連。UPS系統(tǒng)(60)將電源(62、63)與服務(wù)器集群(46)、RAID系統(tǒng)(56)以及第一和第二交換機(jī)(42、44)互連。機(jī)器控制系統(tǒng)(24)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(74)以及第一和第二網(wǎng)絡(luò)(38、40)之一與中央控制系統(tǒng)(14)以通信方式聯(lián)結(jié)。機(jī)器控制系統(tǒng)(24)將機(jī)器位置信息傳輸至自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序，并接收由自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序生成的路線規(guī)劃(90)。
【專利說(shuō)明】自主機(jī)器控制系統(tǒng)的高可用性

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及一種用于工作場(chǎng)地(包括自主機(jī)器)的控制系統(tǒng)，尤其涉及一種中央控制系統(tǒng)，其與具有高可用性的自主機(jī)器以通信方式聯(lián)結(jié)。

【背景技術(shù)】
[0002]自主機(jī)器的使用變得越來(lái)越普遍并且在采礦業(yè)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。具體地，自主機(jī)器可在不適合人類操作員的環(huán)境中例如在高海拔或在人口稀少的沙漠地區(qū)進(jìn)行操作。另夕卜，自主機(jī)器可比人工機(jī)器操作更長(zhǎng)的時(shí)間，從而提供增加的生產(chǎn)率，并且可根據(jù)目的為優(yōu)化效率和減少排放的嚴(yán)格的控制策略進(jìn)行操作。進(jìn)一步地，通過(guò)優(yōu)化操作，用于自主機(jī)器的維護(hù)成本可能會(huì)降低。使用自主機(jī)器的諸如礦區(qū)的工作場(chǎng)地可以包括具有多種半自主機(jī)器以及人工機(jī)器的一隊(duì)自主機(jī)器。因此，自主機(jī)器的安全性和可靠控制是至關(guān)重要的。
[0003]自主控制是通過(guò)提供具有機(jī)器控制系統(tǒng)(包括定位單元和導(dǎo)航單元)的自主機(jī)器實(shí)現(xiàn)的。導(dǎo)航單元使用由所述定位單元生成的機(jī)器位置信息根據(jù)路線規(guī)劃(其包括，例如指定的路徑、路線以及障礙)來(lái)操縱自主機(jī)器。特別是，導(dǎo)航單元可根據(jù)路線規(guī)劃電子控制機(jī)器的速度和行進(jìn)方向來(lái)完成任務(wù)。路線規(guī)劃可由與自主機(jī)器以通信方式聯(lián)結(jié)的中央控制系統(tǒng)生成和更新。中央控制系統(tǒng)接收來(lái)自在工作場(chǎng)地操作的所有機(jī)器的機(jī)器位置信息，并將基于該位置信息更新的路線規(guī)劃傳輸至自主機(jī)器。因此，自主機(jī)器與中央控制系統(tǒng)之間的信息交換對(duì)于自主機(jī)器的安全和有效的操作是至關(guān)重要的。
[0004]分布式礦區(qū)管理系統(tǒng)在授予Olsen等人的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2009/0096637中教導(dǎo)。特別是，Olsen等人的礦區(qū)管理系統(tǒng)包括與移動(dòng)機(jī)器支持的移動(dòng)計(jì)算機(jī)通信的中央計(jì)算機(jī)。該移動(dòng)計(jì)算機(jī)接收來(lái)自中央計(jì)算機(jī)的指令并根據(jù)該指令控制移動(dòng)機(jī)器的操作。Olsen等人還教導(dǎo)通過(guò)移動(dòng)熱點(diǎn)與中央計(jì)算機(jī)間歇通信的遠(yuǎn)程工作場(chǎng)地計(jì)算機(jī)。遠(yuǎn)程工作場(chǎng)地計(jì)算機(jī)間歇性復(fù)制和儲(chǔ)存來(lái)自中央計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)，并可在移動(dòng)計(jì)算機(jī)與中央計(jì)算機(jī)之間失去通信的情況下將復(fù)制的數(shù)據(jù)傳輸至移動(dòng)計(jì)算機(jī)。因此，移動(dòng)機(jī)器可以在通信丟失的情況下接收來(lái)自遠(yuǎn)程工作場(chǎng)地計(jì)算機(jī)的至少一些操作指令。如果移動(dòng)計(jì)算機(jī)與中央計(jì)算機(jī)之間的通信丟失持續(xù)，無(wú)論如何，還不清楚遠(yuǎn)程工作場(chǎng)地計(jì)算機(jī)將會(huì)幫助移動(dòng)機(jī)器持續(xù)運(yùn)行多久。
[0005]本發(fā)明針對(duì)上面提出的一個(gè)或多個(gè)難題或議題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]—方面，用于工作場(chǎng)地(包括自主機(jī)器)的控制系統(tǒng)包括中央控制系統(tǒng)和機(jī)器控制系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)包括服務(wù)器集群，其被設(shè)置為在服務(wù)器集群中確切的一個(gè)上執(zhí)行自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序。中央控制系統(tǒng)還包括與服務(wù)器集群通信的RAID系統(tǒng)、將第一網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器集群互連的第一交換機(jī)、和將第二網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器集群互連的第二交換機(jī)。UPS系統(tǒng)將電源與服務(wù)器集群、RAID系統(tǒng)以及第一和第二交換機(jī)互連。機(jī)器控制系統(tǒng)被支撐在自主機(jī)器的底盤上并且通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及第一和第二網(wǎng)絡(luò)之一與中央控制系統(tǒng)以通信方式聯(lián)結(jié)。機(jī)器控制系統(tǒng)將機(jī)器位置信息傳輸至自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序，并接收由自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序生成的路線規(guī)劃。自主機(jī)器根據(jù)路線規(guī)劃在工作場(chǎng)地操縱。
[0007]另一方面，一種控制在工作場(chǎng)地的自主機(jī)器的方法，包括在中央控制系統(tǒng)的服務(wù)器集群的確切的一個(gè)上執(zhí)行自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序。由機(jī)器控制系統(tǒng)生成的機(jī)器位置信息被從自主機(jī)器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及第一網(wǎng)絡(luò)和第二網(wǎng)絡(luò)之一傳輸。第一網(wǎng)絡(luò)通過(guò)第一交換機(jī)與服務(wù)器集群互連，并且第二網(wǎng)絡(luò)通過(guò)第二交換機(jī)與服務(wù)器集群互連。自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序接收機(jī)器位置信息并通過(guò)第一和第二網(wǎng)絡(luò)之一以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸路線規(guī)劃，該路線規(guī)劃由自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序生成并至少部分基于機(jī)器位置信息。自主機(jī)器接收路線規(guī)劃并根據(jù)路線規(guī)劃操縱在工作場(chǎng)地的自主機(jī)器。當(dāng)使用服務(wù)器集群的剩余子集檢測(cè)到服務(wù)器集群中確切的一個(gè)的失效時(shí)，自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序?qū)㈨憫?yīng)于失效通過(guò)服務(wù)器的剩余子集中的至少一個(gè)自動(dòng)地重啟服務(wù)器的剩余子集的確切的一個(gè)。路線規(guī)劃接著通過(guò)自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序更新，并通過(guò)第一和第二網(wǎng)絡(luò)之一以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為用于根據(jù)本發(fā)明的高可用性自主機(jī)器控制系統(tǒng)的示例性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的示意圖；
[0009]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，描繪圖1的高可用性自主機(jī)器控制系統(tǒng)的組件之間示例性通信交換的框圖；以及
[0010]圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一方面，由路線規(guī)劃標(biāo)示的，包括對(duì)應(yīng)于丟失機(jī)器的回避區(qū)域的工作場(chǎng)地的圖形表示。

【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1整體示出了用于高可用性自主機(jī)器控制系統(tǒng)的示例性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，特別是，用于工作場(chǎng)地12的控制系統(tǒng)10包括中央控制系統(tǒng)14，其與在工作場(chǎng)地12的多個(gè)自主機(jī)器16和多個(gè)人工機(jī)器18以通信方式聯(lián)結(jié)。根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，工作場(chǎng)地12可以是使用諸如挖掘機(jī)、反鏟機(jī)、前端裝載機(jī)、采礦鏟車等重型設(shè)備挖掘并將材料從采礦工作場(chǎng)地運(yùn)輸至生產(chǎn)設(shè)施的礦區(qū)環(huán)境。每個(gè)自主機(jī)器16和人工機(jī)器18為陸基行進(jìn)做了準(zhǔn)備并且包括支撐多個(gè)地面接觸元件22的底盤20。盡管將要描述具體的工作場(chǎng)地和機(jī)器實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，本文所述的高可用性自主機(jī)器控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于包括自主、半自主以及人工機(jī)器的任意組合的各種工作場(chǎng)地。
[0012]每個(gè)自主機(jī)器16和人工機(jī)器18可包括支撐在底盤20上的機(jī)器控制系統(tǒng)24。該機(jī)器控制系統(tǒng)24可包括電子控制器26、定位單元28以及導(dǎo)航單元30。電子控制器26被設(shè)置為用于機(jī)器16、18的線控驅(qū)動(dòng)操作，并且因此，與機(jī)器16、18的各種組件控制通信，以至少控制機(jī)器16、18的行進(jìn)的速度和方向。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，電子控制器26還可以與各種傳感器和裝置通信，以監(jiān)測(cè)并且因此有效地控制機(jī)器16、18的操作。
[0013]導(dǎo)航單元30可以接收、訪問(wèn)和/或儲(chǔ)存用于控制機(jī)器16、18的操作的路線規(guī)劃。例如，該路線規(guī)劃可包括工作場(chǎng)地的地形圖，該地形圖包括置于工作場(chǎng)地的機(jī)器16、18的位置、設(shè)備、材料、障礙等。路線規(guī)劃還可包括與用于機(jī)器16、18的任務(wù)關(guān)聯(lián)的行進(jìn)路徑。導(dǎo)航單元30與定位單元28通信，其可包括接收來(lái)自衛(wèi)星32的信息的一個(gè)或多個(gè)全球定位系統(tǒng)(GPS)單元，以計(jì)算機(jī)器位置信息。導(dǎo)航單元30可使用機(jī)器的位置信息來(lái)確定機(jī)器16、18的當(dāng)前位置，以及根據(jù)路線規(guī)劃?rùn)C(jī)器16、18必須去的位置。特別是，導(dǎo)航單元30可以從路線規(guī)劃提取機(jī)器16、18的具體的行進(jìn)路徑，并與電子控制器26通信，根據(jù)設(shè)計(jì)的用于機(jī)器16、18的指令，例如通過(guò)控制推進(jìn)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等來(lái)操縱機(jī)器16、18。
[0014]電子控制器26、導(dǎo)航單元30以及定位單元28中的每一個(gè)可以是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并且可以包括處理器(例如中央處理單元、存儲(chǔ)器以及輸入/輸出電路)，以便于與電子控制器的內(nèi)部通信和外部通信。處理器可以通過(guò)執(zhí)行操作指令(例如存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼)來(lái)控制相應(yīng)的電子控制器26、導(dǎo)航單元30或定位單元28的操作，其中操作可以是在相應(yīng)的電子裝置的內(nèi)部或外部發(fā)起?？刂品桨缚梢员挥脕?lái)經(jīng)由輸入/輸出電路監(jiān)測(cè)例如傳感器、致動(dòng)器或控制單元的系統(tǒng)或裝置的輸出，以控制至各種其它系統(tǒng)或裝置的輸入。
[0015]存儲(chǔ)器可包括臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)(例如高速緩存、虛擬存儲(chǔ)器或隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)或永久存儲(chǔ)區(qū)(例如只讀存儲(chǔ)器、可移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、網(wǎng)絡(luò)/互連網(wǎng)存儲(chǔ)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、閃速存儲(chǔ)器、記憶棒或任何其它已知的易失性或非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置)。這樣的裝置可以設(shè)置于相應(yīng)的電子控制器26、導(dǎo)航單元30或定位單元28的內(nèi)部或外部。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)至IJ，利用類似組件用于控制自主機(jī)器16和人工機(jī)器18的組件的任何基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)或裝置，適于與本發(fā)明一起使用。
[0016]應(yīng)該意識(shí)到，每個(gè)自主機(jī)器16可包括其它系統(tǒng)和/或組件以實(shí)現(xiàn)自主控制。例如，自主機(jī)器16也可配備有慣性測(cè)量裝置，其告知機(jī)器控制系統(tǒng)24機(jī)器16在如何移動(dòng)。機(jī)器控制系統(tǒng)24也可包括附加的障礙檢測(cè)和回避特征，包括激光、視覺(jué)以及雷達(dá)傳感器。所有這些裝置都可以根據(jù)路線規(guī)劃中提供的指令使用已知的方法來(lái)操縱自主機(jī)器16。
[0017]來(lái)自每個(gè)機(jī)器16和18的機(jī)器位置信息可從機(jī)器16和18傳輸至中央控制系統(tǒng)14。特別是，每個(gè)機(jī)器16、18可以包括無(wú)線收發(fā)器，用于通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與中央控制系統(tǒng)14通信，例如通過(guò)無(wú)線通信塔34。中央控制系統(tǒng)14的無(wú)線收發(fā)器36可將無(wú)線通信塔34與網(wǎng)絡(luò)38和40以通信方式聯(lián)結(jié)。第一網(wǎng)絡(luò)38可包括將第一網(wǎng)絡(luò)38與中央控制系統(tǒng)14的多個(gè)組件互連的第一交換機(jī)42，而第二網(wǎng)絡(luò)40可包括將第二網(wǎng)絡(luò)40與中央控制系統(tǒng)14的多個(gè)組件互連的第二交換機(jī)44。
[0018]應(yīng)當(dāng)意識(shí)到每個(gè)網(wǎng)絡(luò)38和40可包括能夠通過(guò)各種有線或無(wú)線媒介通信的信息裝置，例如電纜、電話線、光纖線、無(wú)線電波、電源線等。此外，網(wǎng)絡(luò)38和40可將一些相同的組件以通信方式互連，以使一些組件能夠通過(guò)第一網(wǎng)絡(luò)38和第二網(wǎng)絡(luò)40兩者之一通信。另夕卜，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)38和40可以是專用的、公用的、分組交換的、電路交換的、局域的、廣域的、因特網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、IP、無(wú)線的和/或它們的任何等同物。
[0019]中央控制系統(tǒng)14包括互連的服務(wù)器集群46。例如，服務(wù)器集群46可以是互連的以作為單個(gè)服務(wù)器協(xié)同作業(yè)，并且在多數(shù)情況下可作為單個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)。特別是，服務(wù)器集群46可被設(shè)置為當(dāng)集群46中的服務(wù)器之一發(fā)生失效時(shí)，工作載荷會(huì)被重新分配至集群46中的服務(wù)器的另一個(gè)。這樣，服務(wù)器集群46可提供中央控制系統(tǒng)14使用的服務(wù)器系統(tǒng)、硬件以及服務(wù)的高可用性。
[0020]根據(jù)一種示例的實(shí)施方式，服務(wù)器集群46可被實(shí)施為刀片式系統(tǒng)48，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，其包括支撐有多個(gè)刀片式服務(wù)器52的底盤50。刀片式服務(wù)器52可只包括核心處理元件，而底盤50提供電源、冷卻、連接和對(duì)于每個(gè)刀片式服務(wù)器52的管理。根據(jù)一些實(shí)施方式，每個(gè)刀片式服務(wù)器52或集群46的節(jié)點(diǎn)可包括虛擬服務(wù)器54。虛擬服務(wù)器已知并通常包括模擬物理服務(wù)器的服務(wù)器的軟件實(shí)現(xiàn)。根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，諸如由總部設(shè)在加利福尼亞 Palo Alto 的 VMware?提供的 VMware? High Availability (HA)工具，可在刀片式服務(wù)器52上運(yùn)行以監(jiān)測(cè)物理服務(wù)器52和虛擬服務(wù)器54并檢測(cè)失效。響應(yīng)于檢測(cè)到的失效，VMware⑧HA可在系統(tǒng)48的另外的服務(wù)器52或54上重啟任何失敗的服務(wù)。
[0021]RAID系統(tǒng)56與服務(wù)器集群46通信。RAID系統(tǒng)56在本領(lǐng)域已知為獨(dú)立磁盤冗余陣列，并且是將相同的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在多個(gè)硬盤58上的不同位置的一種方式。應(yīng)該意識(shí)到，通過(guò)將數(shù)據(jù)置于多個(gè)磁盤58可提高性能和容錯(cuò)。根據(jù)一些實(shí)施方式，并入熱備份驅(qū)動(dòng)器的使用可能是比較理想的，它是被安裝在系統(tǒng)56中的驅(qū)動(dòng)器，處于停用狀態(tài)直到硬盤58中其它的一個(gè)失效。典型地，RAID系統(tǒng)56被設(shè)置為通過(guò)熱備份驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)地替換失效磁盤58，并重建或重新設(shè)置系統(tǒng)56以包括熱備份驅(qū)動(dòng)器。
[0022]UPS系統(tǒng)60，如本領(lǐng)域已知的，將電源62與至少服務(wù)器集群46、RAID系統(tǒng)56、以及第一交換機(jī)42和第二交換機(jī)44互連。不間斷電源(UPS)系統(tǒng)60是一種使中央控制系統(tǒng)14的組件在主電源斷電時(shí)保持運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置。例如，UPS系統(tǒng)60包含諸如電池的替代電源，當(dāng)主要電源斷電時(shí)，其立刻或瞬時(shí)將電能提供至中央控制系統(tǒng)14。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到中央控制系統(tǒng)14還可利用附加或輔助電源63，使得每當(dāng)主要電源62斷電時(shí)，輔助電源63可自動(dòng)地供電。此外，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)UPS系統(tǒng)60從主要電源62和輔助電源63同時(shí)供電是比較理想的。
[0023]附加的網(wǎng)絡(luò)64可通過(guò)防火墻66和68以通信方式聯(lián)結(jié)至第一網(wǎng)絡(luò)38和第二網(wǎng)絡(luò)40。防火墻66和68能夠限制訪問(wèn)第一網(wǎng)絡(luò)38和第二網(wǎng)絡(luò)40，并且可以包括硬件和/或軟件。因此，根據(jù)一些實(shí)施方式，網(wǎng)絡(luò)38和40可代表專用網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)64可代表公用網(wǎng)絡(luò)，例如因特網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)64可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)外部或遠(yuǎn)程設(shè)備或系統(tǒng)70訪問(wèn)，以與中央控制系統(tǒng)14的一個(gè)或多個(gè)組件通信。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，中央控制系統(tǒng)14可與由特定的應(yīng)用要求的各種其它網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)互連或交互。
[0024]自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序在服務(wù)器集群46的確切的一個(gè)上運(yùn)行，例如服務(wù)器72。特別是，自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序可在服務(wù)器72的虛擬組件54上運(yùn)行。自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序可訪問(wèn)RAID系統(tǒng)56的一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立磁盤58，來(lái)生成和/或更新用于在工作場(chǎng)地12操作的一個(gè)或多個(gè)機(jī)器16和18的路線規(guī)劃。路線規(guī)劃可作為組播消息80傳輸，如圖2所示，并被自主機(jī)器16和人工機(jī)器18接收。特別是，組播消息80可被自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序通過(guò)第一網(wǎng)絡(luò)38和第二網(wǎng)絡(luò)40之一以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)74傳輸，整體示出于圖1。
[0025]路線規(guī)劃被包含于組播消息80中，其可被每個(gè)機(jī)器16和18的機(jī)器控制系統(tǒng)24接收。每個(gè)機(jī)器16和18可被分配唯一的機(jī)器標(biāo)識(shí)，并且機(jī)器控制系統(tǒng)24可被設(shè)置成從路線規(guī)劃中提取對(duì)應(yīng)于唯一的機(jī)器標(biāo)識(shí)的信息。例如，在82處示出的唯一的機(jī)器標(biāo)識(shí)“X123”可對(duì)應(yīng)于圖2中所示的自主機(jī)器16，而在84處示出的唯一的機(jī)器標(biāo)識(shí)“Y456”可對(duì)應(yīng)于圖2的人工機(jī)器18。這樣，雖然相同的信息可以被組播或替代地廣播至所有的機(jī)器16和18，但每個(gè)機(jī)器16、18可被設(shè)置為僅提取并利用對(duì)應(yīng)于被分配給機(jī)器16、18的唯一的機(jī)器標(biāo)識(shí)(例如82和84)的信息。
[0026]每個(gè)自主機(jī)器16的導(dǎo)航單元30可使用由定位元件28生成的機(jī)器位置信息，以根據(jù)路線規(guī)劃操縱自主機(jī)器16。特別是，導(dǎo)航單元30可與電子控制器26通信，以至少電子控制自主機(jī)器16的行進(jìn)速度和方向。機(jī)器控制系統(tǒng)24還傳輸機(jī)器位置信息，例如，通過(guò)經(jīng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)74和第一網(wǎng)絡(luò)38與第二網(wǎng)絡(luò)40之一發(fā)送單播消息86和88。機(jī)器位置信息被中央控制系統(tǒng)14接收并被自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序用來(lái)生成和/或更新路線規(guī)劃。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，每個(gè)自主機(jī)器16和人工機(jī)器18可配備有定位單元28，并且因此能夠?qū)C(jī)器位置信息傳輸至中央控制系統(tǒng)14。自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序使用來(lái)自所有機(jī)器16和18的機(jī)器位置信息，以有效地跟蹤和識(shí)別路線規(guī)劃上的機(jī)器16和18。于是每個(gè)機(jī)器16和18可根據(jù)路線規(guī)劃在工作場(chǎng)地12被安全地操縱。
[0027]中央控制系統(tǒng)14與機(jī)器16和18之間的信息的電子交換，也稱作“心跳”以預(yù)定的頻率發(fā)生。例如，路線規(guī)劃信息可被傳輸一秒一次或兩次，并且機(jī)器位置信息也可被傳輸一秒一次或兩次。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，替代頻率也可使用。如果機(jī)器16和18沒(méi)有收到預(yù)期的路線規(guī)劃或心跳，在預(yù)定的時(shí)間周期之后，機(jī)器16和18可被設(shè)置為停止操作。然而，如果中央控制系統(tǒng)14沒(méi)有收到來(lái)自機(jī)器16和18之一的預(yù)期的機(jī)器位置信息或心跳，自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序可被設(shè)置為指定該機(jī)器為丟失機(jī)器。
[0028]現(xiàn)在來(lái)到圖3，示出了工作場(chǎng)地92的圖形表示90。工作場(chǎng)地92可包括在材料點(diǎn)96與生產(chǎn)設(shè)施98之間延伸的多個(gè)路徑94。雖然示出了工作場(chǎng)地92的簡(jiǎn)化二維表示，但應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，也可替代地提供地形的三維表示。圖形表示90可表示用于工作場(chǎng)地92的一個(gè)或多個(gè)機(jī)器100的路線規(guī)劃的部分，并且，根據(jù)一些實(shí)施方式，可包括在工作場(chǎng)地92的所有設(shè)備、障礙以及其它感興趣的區(qū)域的位置信息。
[0029]圖形表示90還描繪了如上所述的丟失機(jī)器102。特別是，如果中央控制系統(tǒng)14沒(méi)有在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)接收到來(lái)自丟失機(jī)器102的機(jī)器位置信息，自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序?qū)⒏侣肪€規(guī)劃來(lái)指示對(duì)應(yīng)于丟失機(jī)器102的回避區(qū)域104?；乇軈^(qū)域104可以是其它機(jī)器100應(yīng)避開(kāi)的區(qū)域的估計(jì)，其基于丟失機(jī)器102知悉位置的上一位置以及丟失機(jī)器102所行進(jìn)的速度和軌跡。自主機(jī)器與人工機(jī)器100都可參考回避區(qū)域104以在工作場(chǎng)地92安全地導(dǎo)航。
[0030]服務(wù)器集群46被設(shè)置為識(shí)別運(yùn)行自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序的確切的一個(gè)服務(wù)器72的失效，并響應(yīng)于該失效在服務(wù)器集群46的另一個(gè)上重啟自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序。例如，服務(wù)器集群46的剩余子集76可檢測(cè)到服務(wù)器72的失效，并且作為響應(yīng)，可以在服務(wù)器的剩余子集76中確切的一個(gè)上自動(dòng)地重啟自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序。例如，自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序可以重啟于服務(wù)器78，或更具體地，于服務(wù)器78的虛擬組件54。其后，自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序可將路線規(guī)劃(已被自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序生成和/或更新)傳輸至機(jī)器16和18。
[0031]中央控制系統(tǒng)14可被設(shè)置為識(shí)別對(duì)應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)38和第二網(wǎng)絡(luò)40之一的通信失效，并且作為響應(yīng)，可響應(yīng)于該通信失效通過(guò)第一網(wǎng)絡(luò)38和第二網(wǎng)絡(luò)40中的另一個(gè)傳輸路線規(guī)劃和機(jī)器位置信息。例如，如果第一交換機(jī)42將服務(wù)器集群46與第一網(wǎng)絡(luò)38以通信方式互連，第二交換機(jī)44可保持停用狀態(tài)。然而，如果發(fā)生對(duì)應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)38的通信失效，第二交換機(jī)44可以被啟用，而第一交換機(jī)保持停用。因此，中央控制系統(tǒng)14處的通信可使用第二網(wǎng)絡(luò)40來(lái)繼續(xù)。
[0032]工業(yè)實(shí)用性
[0033]本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了在工作場(chǎng)地的任何控制系統(tǒng)中的潛在應(yīng)用。進(jìn)一步，本發(fā)明特別適用于與工作場(chǎng)地的自主機(jī)器以通信方式聯(lián)結(jié)的中央控制系統(tǒng)。再進(jìn)一步，本發(fā)明可適用于工作場(chǎng)地的控制系統(tǒng)，該工作場(chǎng)地包括要求高可用性的自主機(jī)器。這樣的工作場(chǎng)地可包括使用自主和人工重型設(shè)備(諸如挖掘機(jī)、反鏟機(jī)、前端裝載機(jī)、采礦鏟車等)挖掘并將材料從采礦工作場(chǎng)地運(yùn)輸至生產(chǎn)設(shè)施的礦區(qū)環(huán)境。
[0034]整體參照?qǐng)D1-3，用于工作場(chǎng)地12的控制系統(tǒng)10通?？砂ㄖ醒肟刂葡到y(tǒng)14，其與工作場(chǎng)地12的多個(gè)自主機(jī)器16以及多個(gè)人工機(jī)器18以通信方式聯(lián)結(jié)。每個(gè)自主機(jī)器16和人工機(jī)器18可包括機(jī)器控制系統(tǒng)24 (包括電子控制器26、定位單元28以及導(dǎo)航單元30)。每個(gè)自主機(jī)器16的導(dǎo)航單元30可使用由定位單元28生成的機(jī)器位置信息，根據(jù)路線規(guī)劃操縱自主機(jī)器16。特別是，導(dǎo)航單元30可與電子控制器26進(jìn)行通信，以至少電子控制自主機(jī)器16的速度和行進(jìn)方向。
[0035]來(lái)自每個(gè)機(jī)器16和18的機(jī)器位置信息可被從機(jī)器16和18傳輸至中央控制系統(tǒng)14。特別是，對(duì)應(yīng)于機(jī)器16和18的機(jī)器位置信息可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)74以及第一網(wǎng)絡(luò)38和第二網(wǎng)絡(luò)40之一傳輸。第一網(wǎng)絡(luò)38可包括將第一網(wǎng)絡(luò)38與中央控制系統(tǒng)14的多個(gè)組件互連的第一交換機(jī)42，而第二網(wǎng)絡(luò)40可包括將第二網(wǎng)絡(luò)40與中央控制系統(tǒng)14的多個(gè)組件互連的第二交換機(jī)44。第一交換機(jī)42和第二交換機(jī)44可被設(shè)置為當(dāng)發(fā)生關(guān)于當(dāng)前使用的網(wǎng)絡(luò)38或40的通信失效時(shí)，其它的網(wǎng)絡(luò)38或40將被用于通信。
[0036]自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序在服務(wù)器集群46的確切的一個(gè)上運(yùn)行，例如服務(wù)器72。根據(jù)一種特定的實(shí)施方式，自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序可在多個(gè)虛擬服務(wù)器54之一上運(yùn)行，
并使用VMware⑧HA軟件來(lái)管理。自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序可訪問(wèn)raid系統(tǒng)56的一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立磁盤58，以生成和/或更新用于在工作場(chǎng)地12操作的一個(gè)或多個(gè)機(jī)器16和18的路線規(guī)劃。路線規(guī)劃可作為組播消息80傳輸，如圖2所示，并被自主機(jī)器16和人工機(jī)器18接收。特別是，組播消息80可被自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序通過(guò)第一網(wǎng)絡(luò)38和第二網(wǎng)絡(luò)40之一以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)74傳輸。
[0037]這種機(jī)器16和18與中央控制系統(tǒng)14之間的信息交換對(duì)于工作場(chǎng)地12的安全和高效運(yùn)行是至關(guān)重要的。因此，服務(wù)器集群46被設(shè)置為識(shí)別運(yùn)行自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序的確切的一個(gè)服務(wù)器72的失效，并響應(yīng)于該失效在服務(wù)器集群46的另一個(gè)上重啟自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序。例如，服務(wù)器集群46的剩余子集76可檢測(cè)到服務(wù)器72的失效，并且作為響應(yīng)，可以在服務(wù)器的剩余子集76的確切的一個(gè)上自動(dòng)地重啟自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序。例如，自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序可以重啟于服務(wù)器78，或更具體地，于服務(wù)器78的虛擬組件54。其后，自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序可將路線規(guī)劃(已被自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序生成和/或更新)傳輸至機(jī)器16和18。
[0038]另外，中央控制系統(tǒng)14可被設(shè)置為識(shí)別對(duì)應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)38和第二網(wǎng)絡(luò)40之一的通信失效，并且作為響應(yīng)，可響應(yīng)于該通信失效通過(guò)第一網(wǎng)絡(luò)38和第二網(wǎng)絡(luò)40中的另一個(gè)傳輸路線規(guī)劃和機(jī)器位置信息。例如，如果第一交換機(jī)42將服務(wù)器集群46與第一網(wǎng)絡(luò)38以通信方式互連，第二交換機(jī)44可保持停用狀態(tài)。然而，如果發(fā)生對(duì)應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)38的通信失效，第二交換機(jī)44可以被啟用，而第一交換機(jī)保持停用。因此，中央控制系統(tǒng)14處的通信可使用第二網(wǎng)絡(luò)40來(lái)繼續(xù)。
[0039]本文提供的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供了高可用性自主機(jī)器控制系統(tǒng)。通過(guò)提供關(guān)于服務(wù)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)以及電源的冗余和高可用性，本文所述的中央控制系統(tǒng)防止免受應(yīng)用和服務(wù)失效，以及系統(tǒng)和硬件失效。因此，在某種環(huán)境中，例如自主機(jī)器的工作場(chǎng)地，其中連續(xù)的和有關(guān)的控制通信是重要的，所披露的控制環(huán)境提供了幾乎無(wú)縫的故障切換，以減少顯著的停機(jī)時(shí)間以及與重建和重新配置失效的控制系統(tǒng)和/或網(wǎng)絡(luò)組件相關(guān)聯(lián)的成本。
[0040]應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，上面的描述僅是出于說(shuō)明的目的，并不旨在以任何方式限制本發(fā)明的范圍。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的其它方面可以通過(guò)研究附圖、披露的內(nèi)容以及所附權(quán)利要求書得到。
【權(quán)利要求】
1.一種控制系統(tǒng)(10),用于包括自主機(jī)器(16)的工作場(chǎng)地(12),包括: 中央控制系統(tǒng)(14),包括: 服務(wù)器集群(46)，其能夠在服務(wù)器集群(46)的確切的一個(gè)(72)上執(zhí)行自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序； RAID系統(tǒng)(56)，其與服務(wù)器集群(46)通信； 第一交換機(jī)(42)，其將第一網(wǎng)絡(luò)(38)與服務(wù)器集群(46)互連，以及第二交換機(jī)(44)，其將第二網(wǎng)絡(luò)(40)與服務(wù)器集群(46)互連；以及 UPS系統(tǒng)(60)，其將電源(62、63)與服務(wù)器集群(46)、RAID系統(tǒng)(56)以及第一和第二交換機(jī)(42、44)互連；以及 機(jī)器控制系統(tǒng)(24)，其被支撐在自主機(jī)器(16)的底盤(20)上并且通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(74)以及第一和第二網(wǎng)絡(luò)(38、40)之一與中央控制系統(tǒng)(14)以通信方式聯(lián)結(jié)，其中機(jī)器控制系統(tǒng)(24)將機(jī)器位置信息傳輸至自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序，并接收由自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序生成的路線規(guī)劃(90)； 其中自主機(jī)器(16)根據(jù)路線規(guī)劃(90)在工作場(chǎng)地(12)操縱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)(10)，其中，每個(gè)服務(wù)器集群(46)包括虛擬服務(wù)器(54)，并且自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序在虛擬服務(wù)器(54)上運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)(10),其中，中央控制系統(tǒng)(14)包括刀片式系統(tǒng)(48)，并且每個(gè)服務(wù)器集群(46)對(duì)應(yīng)于刀片式服務(wù)器(52)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)(10)，其中，服務(wù)器集群(46)能夠識(shí)別運(yùn)行自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序的服務(wù)器集群(46)的確切的一個(gè)(72)的失效，并響應(yīng)于該失效在服務(wù)器集群(46)的另一個(gè)(76)上重啟自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)(10)，其中，中央控制系統(tǒng)(14)能夠識(shí)別對(duì)應(yīng)于第一和第二網(wǎng)絡(luò)(38、40)之一的通信失效，并且響應(yīng)于該通信失效通過(guò)第一和第二網(wǎng)絡(luò)(38、40)的另一個(gè)傳輸路線規(guī)劃(90)和機(jī)器位置信息。
6.—種在工作場(chǎng)地(12)控制自主機(jī)器(16)的方法,該方法包括: 在中央控制系統(tǒng)(14)的服務(wù)器集群(46)的確切的一個(gè)(72)上運(yùn)行自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序； 通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(74)以及第一網(wǎng)絡(luò)和第二網(wǎng)絡(luò)(38、40)之一從自主機(jī)器(16)傳輸由機(jī)器控制系統(tǒng)(24)生成的機(jī)器位置信息，其中第一網(wǎng)絡(luò)(38)通過(guò)第一交換機(jī)(42)與服務(wù)器集群(46)互連，并且第二網(wǎng)絡(luò)(40)通過(guò)第二交換機(jī)(44)與服務(wù)器集群(46)互連； 自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序接收機(jī)器位置信息； 通過(guò)第一和第二網(wǎng)絡(luò)(38、40)之一以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(74)傳輸路線規(guī)劃(90)，該路線規(guī)劃由自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序生成并至少部分基于機(jī)器位置信息； 自主機(jī)器(16)的機(jī)器控制系統(tǒng)(24)接收路線規(guī)劃(90)； 使用機(jī)器控制系統(tǒng)(24)根據(jù)路線規(guī)劃(90)操縱在工作場(chǎng)地(12)的自主機(jī)器(16)； 使用服務(wù)器集群(46)的剩余子集(76)檢測(cè)服務(wù)器集群(46)的確切的一個(gè)(72)的失效； 響應(yīng)于失效通過(guò)服務(wù)器的剩余子集(76)的至少一個(gè)在服務(wù)器的剩余子集(76)的確切的一個(gè)(78)上自動(dòng)重啟自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序；以及 在自動(dòng)重啟步驟后通過(guò)第一和第二網(wǎng)絡(luò)(38、40)之一以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(74)傳輸由自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序更新的路線規(guī)劃(90)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括: 識(shí)別對(duì)應(yīng)于第一和第二網(wǎng)絡(luò)(38、40)之一的通信失效；以及 響應(yīng)于該通信失效通過(guò)第一和第二網(wǎng)絡(luò)(38、40)的另一個(gè)傳輸路線規(guī)劃(90)和機(jī)器位置信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括通過(guò)服務(wù)器集群(46)從RAID系統(tǒng)(56)訪問(wèn)數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括通過(guò)UPS系統(tǒng)￠0)將功率從電源(62、63)供至服務(wù)器集群(46)、RAID系統(tǒng)(56)以及第一和第二交換機(jī)(42、44)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括在服務(wù)器集群(46)的確切的一個(gè)(72)的虛擬服務(wù)器(54)上操作自主控制服務(wù)器應(yīng)用程序。
【文檔編號(hào)】H04L12/28GK104205725SQ201380018022
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月5日
【發(fā)明者】E·A·莫勒, C·L·科伊赫森, P·H·科爾, T·F·赫菲爾德, B·J·埃弗里特 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司