有一些大公司有著基于無(wú)人機(jī)編隊(duì)提供服務(wù)的宏偉計(jì)劃，它們都渴望超越一個(gè)重大的運(yùn)營(yíng)挑戰(zhàn):商用無(wú)人機(jī)的飛行時(shí)間受到電池容量有限的限制。解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)方法是更高效、更靈活的充電解決方案。
這也解釋了為什么人們對(duì)設(shè)計(jì)和制造無(wú)人機(jī)和機(jī)器人電池充電解決方案的WiBotic公司如此感興趣。這家4歲的初創(chuàng)公司最近獲得了570萬(wàn)美元的A輪融資。
WiBotic為空中、移動(dòng)、船舶和工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)提供無(wú)線充電和功率優(yōu)化解決方案。該公司的自適應(yīng)匹配技術(shù)為感應(yīng)電力傳輸提供了一種新方法，該方法可以提供無(wú)人機(jī)和其他飛行設(shè)備所需的電力水平。
這種優(yōu)化解決方案通過(guò)軟件庫(kù)提供了對(duì)電池充電參數(shù)的詳細(xì)監(jiān)控。結(jié)合無(wú)線充電硬件的戰(zhàn)略部署，這些軟件功能旨在優(yōu)化無(wú)人機(jī)的正常運(yùn)行時(shí)間。
WiBotic無(wú)線充電解決方案還處理充電調(diào)度;它們的設(shè)計(jì)目的是為多個(gè)機(jī)器人在不同時(shí)間從同一發(fā)射器充電掃清道路。
無(wú)線電力傳輸(WPT)
使用電磁場(chǎng)作為電力的來(lái)源可以追溯到19世紀(jì)后期，尼古拉·特斯拉第一次演示了不用電線傳輸電力。眾所周知無(wú)線充電方法在發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)、它們的位置、最大限度的效率、以及整個(gè)系統(tǒng)驗(yàn)證行為的需要是一個(gè)復(fù)雜的挑戰(zhàn)，需要特定的技能和使用先進(jìn)的工具，如數(shù)值模擬。最常見(jiàn)的WPT系統(tǒng)使用的方法是感應(yīng)耦合或MRI，每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)。
最常見(jiàn)的方法是電感法——在消費(fèi)設(shè)備中很常見(jiàn)。不幸的是，它們只有在天線非常接近時(shí)才有效。機(jī)器人和無(wú)人機(jī)無(wú)法精確定位，以確保感應(yīng)系統(tǒng)提供可靠的充電。
磁共振技術(shù)是最新的技術(shù)，提供了更靈活的定位。然而，典型的共振系統(tǒng)有一個(gè)特殊的領(lǐng)域，最大的效率可以被開(kāi)發(fā)。然而，如果機(jī)器人短暫停車(chē)或偏離中心，效率就會(huì)降低，充電次數(shù)就會(huì)增加。
WiBotic技術(shù)是基于感應(yīng)和共振系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗Y(jié)合了兩者的優(yōu)勢(shì)。WiBotic的首席執(zhí)行官Ben Waters說(shuō):“我們的專(zhuān)利自適應(yīng)匹配系統(tǒng)不斷監(jiān)測(cè)天線的相對(duì)位置，動(dòng)態(tài)調(diào)整硬件和固件參數(shù)，以保持最高效率——在高功率水平，在垂直、水平和角度偏移數(shù)厘米的情況下，提供可靠的充電。”
各種技術(shù)的效率
- 軟件演算法
Wibotic固件允許機(jī)器人操作員監(jiān)控和設(shè)置所需的充電參數(shù)。機(jī)載大腦允許無(wú)人機(jī)直接訪問(wèn)機(jī)載充電器來(lái)執(zhí)行同樣的功能。結(jié)構(gòu)無(wú)線充電網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)允許機(jī)器人保持充電，最小化停機(jī)時(shí)間，并降低機(jī)器人車(chē)隊(duì)的總成本。
“我們的很多創(chuàng)新的機(jī)器人是在發(fā)射機(jī)射頻放大器的輸出,然后在接收端,整流器的輸入,這就是我們能夠動(dòng)態(tài)地調(diào)整我們的系統(tǒng)阻抗,以確保最大化我們的權(quán)力交接通過(guò)保持源和負(fù)載阻抗兩岸的空心變壓器匹配。我們實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)調(diào)整和感知事物，以適應(yīng)系統(tǒng)中發(fā)生的移動(dòng)、中斷或變化。”沃特斯說(shuō)。
無(wú)人機(jī)的無(wú)線充電站是一個(gè)方形平臺(tái)(3英尺×3英尺的標(biāo)準(zhǔn)充電板)，由一個(gè)“智能”感應(yīng)板組成，在無(wú)人機(jī)著陸時(shí)，感應(yīng)板決定為飛機(jī)提供的電池類(lèi)型，從而建立正確的充電參數(shù)。
所有的WiBotic無(wú)線充電系統(tǒng)由四個(gè)主要的硬件組成:發(fā)射單元，發(fā)射天線線圈，車(chē)載充電單元，接收天線線圈。
Wibotic體系結(jié)構(gòu)框圖
發(fā)射單元通過(guò)交流電源產(chǎn)生高頻無(wú)線電力信號(hào)。信號(hào)通過(guò)SMA同軸電纜傳輸?shù)桨l(fā)射天線線圈，并在其中產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。可以根據(jù)無(wú)人機(jī)的跑道以任何方向安裝線圈。
發(fā)射單元識(shí)別任何配備機(jī)載充電單元和接收天線線圈的進(jìn)入機(jī)器人，并自動(dòng)激活以提供能量。收集線圈為機(jī)載充電器電路提供能量。機(jī)載充電器將信號(hào)轉(zhuǎn)換回直流電壓，并控制電池充電功能，以安全充電多種電池。
我們使用的處理器是基于arm的STM32微控制器。我們使用復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)以及在處理器上本地運(yùn)行的動(dòng)態(tài)控制算法。這些因素共同決定了應(yīng)如何改變輸出以響應(yīng)傳入的信號(hào)。如果你發(fā)送了幾百瓦的功率并且你改變了錯(cuò)誤的參數(shù)，你可能很容易破壞系統(tǒng)而不是使系統(tǒng)受益。因此，能夠?qū)崟r(shí)決定如何應(yīng)對(duì)不斷變化的條件是我們系統(tǒng)的重要組成部分。當(dāng)你需要快速完成任務(wù)而又沒(méi)有大量的計(jì)算能力時(shí)，它需要在軟件和硬件上進(jìn)行相當(dāng)好的優(yōu)化。該公司的首席軟件工程師Alex Huttunen表示，在射頻放大器中使用GaN技術(shù)半導(dǎo)體是優(yōu)化硬件性能不可或缺的一部分。
氮化鎵技術(shù)提供了無(wú)線自動(dòng)充電，這些條件需要運(yùn)行在高開(kāi)關(guān)頻率和最高效率。與GaN系統(tǒng)公司合作，WiBotic集成GaN設(shè)備，提供無(wú)人機(jī)和機(jī)器人所需的功率水平和天線范圍要求。此外，Vicor 48V VI芯片PRM調(diào)節(jié)器PRM為WiBotic TR-110無(wú)線充電站上的發(fā)射器提供電能，從而為機(jī)器人/無(wú)人機(jī)車(chē)載接收器提供無(wú)線電能。PRM接受48V的交直流電源和輸出電壓自適應(yīng)控制和切斷約20 55V。我們主要專(zhuān)注于機(jī)器人、自動(dòng)化和工業(yè)設(shè)備。但是，我們對(duì)無(wú)線充電在許多行業(yè)的發(fā)展感到非常興奮;WiBotic公司業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁馬特·卡爾森表示，該技術(shù)在移動(dòng)電話領(lǐng)域的應(yīng)用正在增加，并正在擴(kuò)展到許多其他行業(yè)。他繼續(xù)說(shuō)，我們正在開(kāi)發(fā)更多的算法，以配合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)——基于歷史趨勢(shì)，并將它們應(yīng)用于未來(lái)的分析性能，特別是圍繞電池充電。
通過(guò)無(wú)線無(wú)人機(jī)充電系統(tǒng)，整個(gè)充電過(guò)程可以通過(guò)基于云的軟件、api和工具進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，以確保無(wú)人機(jī)在需要的時(shí)候盡可能快地充電，或者在飛行計(jì)劃不龐大的時(shí)候盡可能慢地充電。
本·沃特斯（Ben Waters）是WiBotic的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官–照片：華盛頓大學(xué)
WiBotic已經(jīng)與包括Waypoint Robotics， Clearpath Robotics 和 Aero Corp.在內(nèi)的眾多客戶(hù)合作 。
“我們的客戶(hù)遍布五大洲的約13個(gè)國(guó)家，從無(wú)人機(jī)到移動(dòng)機(jī)器人再到獨(dú)特的電池供電的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。” 沃特斯說(shuō)。
新一輪的融資將幫助該公司提高其技術(shù)水平，擴(kuò)大其銷(xiāo)售團(tuán)隊(duì)并加速其增長(zhǎng)，從而滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。
沃特斯解釋說(shuō)：“我們需要確保，作為這個(gè)機(jī)器人市場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，我們比客戶(hù)領(lǐng)先一步。” “他們需要對(duì)我們的產(chǎn)品以及我們的團(tuán)隊(duì)和我們的公司充滿(mǎn)信心，以便在機(jī)器人生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分中向前邁進(jìn)。”
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