有一些大公司有著基于無人機編隊提供服務(wù)的宏偉計劃，它們都渴望超越一個重大的運營挑戰(zhàn):商用無人機的飛行時間受到電池容量有限的限制。解決這個問題的一個方法是更高效、更靈活的充電解決方案。
這也解釋了為什么人們對設(shè)計和制造無人機和機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570萬美元的A輪融資。
WiBotic為空中、移動、船舶和工業(yè)機器人市場提供無線充電和功率優(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，該方法可以提供無人機和其他飛行設(shè)備所需的電力水平。
這種優(yōu)化解決方案通過軟件庫提供了對電池充電參數(shù)的詳細監(jiān)控。結(jié)合無線充電硬件的戰(zhàn)略部署，這些軟件功能旨在優(yōu)化無人機的正常運行時間。
WiBotic無線充電解決方案還處理充電調(diào)度;它們的設(shè)計目的是為多個機器人在不同時間從同一發(fā)射器充電掃清道路。
無線電力傳輸(WPT)
使用電磁場作為電力的來源可以追溯到19世紀后期，尼古拉·特斯拉第一次演示了不用電線傳輸電力。眾所周知無線充電方法在發(fā)射機的設(shè)計、它們的位置、最大限度的效率、以及整個系統(tǒng)驗證行為的需要是一個復(fù)雜的挑戰(zhàn)，需要特定的技能和使用先進的工具，如數(shù)值模擬。最常見的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。
最常見的方法是電感法——在消費設(shè)備中很常見。不幸的是，它們只有在天線非常接近時才有效。機器人和無人機無法精確定位，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)有一個特殊的領(lǐng)域，最大的效率可以被開發(fā)。然而，如果機器人短暫停車或偏離中心，效率就會降低，充電次數(shù)就會增加。
WiBotic技術(shù)是基于感應(yīng)和共振系統(tǒng)的優(yōu)勢，因為它結(jié)合了兩者的優(yōu)勢。WiBotic的首席執(zhí)行官Ben Waters說:“我們的專利自適應(yīng)匹配系統(tǒng)不斷監(jiān)測天線的相對位置，動態(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固件允許機器人操作員監(jiān)控和設(shè)置所需的充電參數(shù)。機載大腦允許無人機直接訪問機載充電器來執(zhí)行同樣的功能。結(jié)構(gòu)無線充電網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)允許機器人保持充電，最小化停機時間，并降低機器人車隊的總成本。
“我們的很多創(chuàng)新的機器人是在發(fā)射機射頻放大器的輸出,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)力交接通過保持源和負載阻抗兩岸的空心變壓器匹配。我們實時地動態(tài)調(diào)整和感知事物，以適應(yīng)系統(tǒng)中發(fā)生的移動、中斷或變化。”沃特斯說。
無人機的無線充電站是一個方形平臺(3英尺×3英尺的標準充電板)，由一個“智能”感應(yīng)板組成，在無人機著陸時，感應(yīng)板決定為飛機提供的電池類型，從而建立正確的充電參數(shù)。
所有的WiBotic無線充電系統(tǒng)由四個主要的硬件組成:發(fā)射單元，發(fā)射天線線圈，車載充電單元，接收天線線圈。
Wibotic體系結(jié)構(gòu)框圖
發(fā)射單元通過交流電源產(chǎn)生高頻無線電力信號。信號通過SMA同軸電纜傳輸?shù)桨l(fā)射天線線圈，并在其中產(chǎn)生電場和磁場?？梢愿鶕?jù)無人機的跑道以任何方向安裝線圈。
發(fā)射單元識別任何配備機載充電單元和接收天線線圈的進入機器人，并自動激活以提供能量。收集線圈為機載充電器電路提供能量。機載充電器將信號轉(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)機以及在處理器上本地運行的動態(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。如果你發(fā)送了幾百瓦的功率并且你改變了錯誤的參數(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決定如何應(yīng)對不斷變化的條件是我們系統(tǒng)的重要組成部分。當你需要快速完成任務(wù)而又沒有大量的計算能力時，它需要在軟件和硬件上進行相當好的優(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)提供了無線自動充電，這些條件需要運行在高開關(guān)頻率和最高效率。與GaN系統(tǒng)公司合作，WiBotic集成GaN設(shè)備，提供無人機和機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無線充電站上的發(fā)射器提供電能，從而為機器人/無人機車載接收器提供無線電能。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。我們主要專注于機器人、自動化和工業(yè)設(shè)備。但是，我們對無線充電在許多行業(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)在移動電話領(lǐng)域的應(yīng)用正在增加，并正在擴展到許多其他行業(yè)。他繼續(xù)說，我們正在開發(fā)更多的算法，以配合人工智能和機器學習——基于歷史趨勢，并將它們應(yīng)用于未來的分析性能，特別是圍繞電池充電。
通過無線無人機充電系統(tǒng)，整個充電過程可以通過基于云的軟件、api和工具進行遠程監(jiān)控和控制，以確保無人機在需要的時候盡可能快地充電，或者在飛行計劃不龐大的時候盡可能慢地充電。
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
WiBotic已經(jīng)與包括Waypoint Robotics， Clearpath Robotics 和 Aero Corp.在內(nèi)的眾多客戶合作 。
“我們的客戶遍布五大洲的約13個國家，從無人機到移動機器人再到獨特的電池供電的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。” 沃特斯說。
新一輪的融資將幫助該公司提高其技術(shù)水平，擴大其銷售團隊并加速其增長，從而滿足客戶的需求。
沃特斯解釋說：“我們需要確保，作為這個機器人市場的基礎(chǔ)設(shè)施，我們比客戶領(lǐng)先一步。” “他們需要對我們的產(chǎn)品以及我們的團隊和我們的公司充滿信心，以便在機器人生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分中向前邁進。”
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