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无线充电可以让无人机飞得更远

发布日期:2020-07-18我要投稿我要评论
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有一些大公司有着基于无人机编队提供服务的宏伟计划,它们都渴望超越一个重大的运营挑战:商用无人机的飞行时间受到电池容量有限的限制。解决这个问题的一个方法是更高效、更灵活的充电解决方案。

这也解释了为什么人们对设计和制造无人机和机器人电池充电解决方案的WiBotic公司如此感兴趣。这家4岁的初创公司最近获得了570万美元的A轮融资。

WiBotic为空中、移动、船舶和工业机器人市场提供无线充电和功率优化解决方案。该公司的自适应匹配技术为感应电力传输提供了一种新方法,该方法可以提供无人机和其他飞行设备所需的电力水平。

这种优化解决方案通过软件库提供了对电池充电参数的详细监控。结合无线充电硬件的战略部署,这些软件功能旨在优化无人机的正常运行时间。

WiBotic无线充电解决方案还处理充电调度;它们的设计目的是为多个机器人在不同时间从同一发射器充电扫清道路。

无线电力传输(WPT)

使用电磁场作为电力的来源可以追溯到19世纪后期,尼古拉·特斯拉第一次演示了不用电线传输电力。众所周知无线充电方法在发射机的设计、它们的位置、最大限度的效率、以及整个系统验证行为的需要是一个复杂的挑战,需要特定的技能和使用先进的工具,如数值模拟。最常见的WPT系统使用的方法是感应耦合或MRI,每种方法都有优缺点。

最常见的方法是电感法——在消费设备中很常见。不幸的是,它们只有在天线非常接近时才有效。机器人和无人机无法精确定位,以确保感应系统提供可靠的充电。

磁共振技术是最新的技术,提供了更灵活的定位。然而,典型的共振系统有一个特殊的领域,最大的效率可以被开发。然而,如果机器人短暂停车或偏离中心,效率就会降低,充电次数就会增加。

WiBotic技术是基于感应和共振系统的优势,因为它结合了两者的优势。WiBotic的首席执行官Ben Waters说:“我们的专利自适应匹配系统不断监测天线的相对位置,动态调整硬件和固件参数,以保持最高效率——在高功率水平,在垂直、水平和角度偏移数厘米的情况下,提供可靠的充电。”
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各种技术的效率

  • 软件演算法
当电池电量不足时,知道何时给无人机充电是评估停机时间的一个重要功能。不同的机器人会有不同类型的电池化学、电压和电流。WiBotic的能量优化软件能够评估来充电的机器人,并确定最佳充电方式。
Wibotic固件允许机器人操作员监控和设置所需的充电参数。机载大脑允许无人机直接访问机载充电器来执行同样的功能。结构无线充电网络的架构允许机器人保持充电,最小化停机时间,并降低机器人车队的总成本。

“我们的很多创新的机器人是在发射机射频放大器的输出,然后在接收端,整流器的输入,这就是我们能够动态地调整我们的系统阻抗,以确保最大化我们的权力交接通过保持源和负载阻抗两岸的空心变压器匹配。我们实时地动态调整和感知事物,以适应系统中发生的移动、中断或变化。”沃特斯说。
Wibotic系统架构

无人机的无线充电站是一个方形平台(3英尺×3英尺的标准充电板),由一个“智能”感应板组成,在无人机着陆时,感应板决定为飞机提供的电池类型,从而建立正确的充电参数。

所有的WiBotic无线充电系统由四个主要的硬件组成:发射单元,发射天线线圈,车载充电单元,接收天线线圈。

wibotic-fig2无线充电可以让无人机飞得更远

Wibotic体系结构框图
 

发射单元通过交流电源产生高频无线电力信号。信号通过SMA同轴电缆传输到发射天线线圈,并在其中产生电场和磁场。可以根据无人机的跑道以任何方向安装线圈。

发射单元识别任何配备机载充电单元和接收天线线圈的进入机器人,并自动激活以提供能量。收集线圈为机载充电器电路提供能量。机载充电器将信号转换回直流电压,并控制电池充电功能,以安全充电多种电池。

我们使用的处理器是基于arm的STM32微控制器。我们使用复杂的状态机以及在处理器上本地运行的动态控制算法。这些因素共同决定了应如何改变输出以响应传入的信号。如果你发送了几百瓦的功率并且你改变了错误的参数,你可能很容易破坏系统而不是使系统受益。因此,能够实时决定如何应对不断变化的条件是我们系统的重要组成部分。当你需要快速完成任务而又没有大量的计算能力时,它需要在软件和硬件上进行相当好的优化。该公司的首席软件工程师Alex Huttunen表示,在射频放大器中使用GaN技术半导体是优化硬件性能不可或缺的一部分。
氮化镓技术提供了无线自动充电,这些条件需要运行在高开关频率和最高效率。与GaN系统公司合作,WiBotic集成GaN设备,提供无人机和机器人所需的功率水平和天线范围要求。此外,Vicor 48V VI芯片PRM调节器PRM为WiBotic TR-110无线充电站上的发射器提供电能,从而为机器人/无人机车载接收器提供无线电能。PRM接受48V的交直流电源和输出电压自适应控制和切断约20 55V。

我们主要专注于机器人、自动化和工业设备。但是,我们对无线充电在许多行业的发展感到非常兴奋;WiBotic公司业务发展副总裁马特·卡尔森表示,该技术在移动电话领域的应用正在增加,并正在扩展到许多其他行业。他继续说,我们正在开发更多的算法,以配合人工智能和机器学习——基于历史趋势,并将它们应用于未来的分析性能,特别是围绕电池充电。

通过无线无人机充电系统,整个充电过程可以通过基于云的软件、api和工具进行远程监控和控制,以确保无人机在需要的时候尽可能快地充电,或者在飞行计划不庞大的时候尽可能慢地充电。

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本·沃特斯(Ben Waters)是WiBotic的联合创始人兼首席执行官–照片:华盛顿大学
 
WiBotic已经与包括Waypoint Robotics,  Clearpath Robotics  和  Aero Corp.在内的众多客户合作  。
 
“我们的客户遍布五大洲的约13个国家,从无人机到移动机器人再到独特的电池供电的物联网应用。” 沃特斯说。
新一轮的融资将帮助该公司提高其技术水平,扩大其销售团队并加速其增长,从而满足客户的需求。

沃特斯解释说:“我们需要确保,作为这个机器人市场的基础设施,我们比客户领先一步。” “他们需要对我们的产品以及我们的团队和我们的公司充满信心,以便在机器人生态系统的重要组成部分中向前迈进。”
 
本文链接:https://www.81uav.cn/uav-news/202007/18/71341.html
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