Дроны продолжают использовать решения для беспроводной зарядки

Есть крупные компании с большими планами по предоставлению услуг на базе парка дронов, и все они стремятся преодолеть серьезную операционную проблему:время полета коммерческих дронов ограничено из-за ограниченной емкости аккумуляторных батарей. Один из способов решить эту проблему - использовать более эффективные и гибкие решения для подзарядки. Этим объясняется большой интерес к компании WiBotic, которая разрабатывает и производит решения для зарядки аккумуляторов дронов и роботов. Стартап, которому уже 4 года, получил финансирование в размере 5,7 млн ​​долларов США.

Среди инвесторов - Junson Capital, SV Tech Ventures, Rolling Bay Ventures, Aves Capital, The W Fund и WRF Capital, а также другие.

WiBotic предлагает решения по беспроводной зарядке и оптимизации энергопотребления для рынка воздушных, мобильных, морских и промышленных роботов. Его технология Adaptive Matching предлагает новый метод индуктивной передачи энергии, который, по словам компании, обеспечивает уровни мощности, необходимые для дронов и других летательных аппаратов.

Такие решения по оптимизации обеспечивают подробный мониторинг параметров заряда аккумулятора с помощью программных библиотек. В сочетании со стратегическим развертыванием оборудования для беспроводной зарядки эти программные функции призваны оптимизировать время безотказной работы дронов.

Решения WiBotic для беспроводной зарядки также управляют графиком пополнения баланса; они предназначены для того, чтобы несколько роботов могли заряжаться от одного и того же передатчика в разное время.

Беспроводная передача энергии (WPT)

Использование электромагнитных полей в качестве источника электричества восходит к концу девятнадцатого века, когда Никола Тесла впервые продемонстрировал передачу электричества без проводов. Методология беспроводной связи хорошо известна, но конструкция передатчиков, их расположение, максимальная эффективность и необходимость проверенного поведения всей системы представляют собой сложную задачу, требующую определенных навыков и использования передовых инструментов, таких как численное моделирование. В наиболее распространенных системах БПЭ используются методы индуктивной связи или МРТ, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны.

Самый распространенный из методов - индуктивный, который обычно используется в потребительских устройствах. К сожалению, они эффективны только тогда, когда антенны расположены очень близко друг к другу. Роботы и дроны не могут позиционироваться достаточно точно, чтобы убедиться, что индукционные системы обеспечивают надежный заряд.

Магнитно-резонансная технология - это новейшая технология, которая предлагает гораздо большую гибкость в позиционировании. Однако типичные резонансные системы имеют особую область, в которой можно использовать максимальную эффективность. Однако, если робот ненадолго останавливается или находится не по центру, эффективность снижается, а время зарядки увеличивается.

Технология WiBotic основана на сильных сторонах как индуктивных, так и резонансных систем, поскольку сочетает в себе лучшее из обоих. «Наша запатентованная система Adaptive Matching постоянно отслеживает относительное положение антенны и динамически регулирует параметры аппаратного и микропрограммного обеспечения для поддержания максимальной эффективности, обеспечивая надежную зарядку при высоких уровнях мощности и при нескольких сантиметрах вертикального, горизонтального и углового смещения», - сказал Бен Уотерс. Генеральный директор WiBotic.

Рисунок 1:Эффективность различных технологий. Щелкните изображение, чтобы увеличить. (Источник:Wibotic)

Программный алгоритм

Информация о том, когда заряжать дрон при низком уровне заряда батареи, является важной функцией для оценки времени простоя. У разных роботов будет разный химический состав батарей, напряжение и ток. Программное обеспечение для оптимизации энергопотребления WiBotic может оценивать роботов, получающих заряд, и определять лучший способ их зарядки.

Прошивка Wibotic позволяет операторам роботов контролировать и устанавливать желаемые параметры зарядки. Бортовой мозг позволяет дрону напрямую обращаться к бортовому зарядному устройству для выполнения тех же функций. Архитектура структурированной сети беспроводной зарядки позволяет роботам оставаться заряженными, сводя к минимуму время простоя и уменьшая общую стоимость парка роботов.

«Многие наши инновации для робототехники связаны с выходом ВЧ-усилителя на передатчике, а затем со стороны приемника, входом в выпрямитель, где мы можем динамически настраивать импеданс нашей системы, чтобы убедиться, что мы максимизация передачи мощности за счет согласования полного сопротивления источника и нагрузки с обеих сторон трансформатора с воздушным сердечником. Мы динамически настраиваем и очень быстро обнаруживаем вещи в режиме реального времени, чтобы учитывать движения, сбои или изменения, которые происходят в системе », - сказал Уотерс.

Архитектура системы Wibotic

Станция беспроводной зарядки для дронов представляет собой квадратную платформу (3 фута на 3 фута для стандартной площадки), состоящую из «интеллектуальной» индукционной пластины, которая во время посадки дрона определяет тип батарей, подаваемых на дрон, таким образом устанавливая правильные параметры зарядки.

Все системы беспроводной зарядки WiBotic состоят из четырех основных аппаратных компонентов:блока передатчика, антенной катушки передатчика, бортового зарядного блока, приемной антенной катушки.

Рисунок 2:блок-схема архитектуры Wibotic. Щелкните изображение, чтобы увеличить. (Источник:Wibotic)

Передающий блок генерирует высокочастотный беспроводной сигнал мощности через источник переменного тока. Сигнал проходит через коаксиальный кабель SMA к катушке передающей антенны, где он генерирует как электрические, так и магнитные поля. Катушку можно установить в любом положении в зависимости от взлетно-посадочной полосы дрона.

Блок передатчика распознает любого приближающегося робота, оснащенного бортовым зарядным устройством и антенной катушкой приемника, и автоматически активируется, чтобы обеспечить необходимое количество энергии. Коллекторная катушка подает энергию на бортовую цепь зарядного устройства. Встроенное зарядное устройство преобразует сигнал обратно в напряжение постоянного тока и управляет функциями зарядки аккумулятора, чтобы безопасно заряжать широкий спектр аккумуляторов.

«Используемый нами процессор представляет собой микроконтроллер STM32 на базе ARM. Мы используем сложный конечный автомат вместе с алгоритмами динамического управления, работающими локально на процессоре. Вместе они определяют, как выходные сигналы должны изменяться в ответ на входящие сигналы. Если вы посылаете несколько сотен ватт мощности и изменяете неправильный параметр, вы можете очень легко вывести из строя систему вместо того, чтобы принести пользу системе. Поэтому способность определять, что делать, чтобы реагировать на изменение условий в режиме реального времени, является важной частью нашей системы. А когда вам нужно делать что-то быстро и у вас нет огромных вычислительных возможностей, их необходимо хорошо оптимизировать как в программном, так и в аппаратном отношении. Использование полупроводника на основе технологии GaN в нашем ВЧ усилителе было неотъемлемой частью оптимизации работы оборудования », - сказал Алекс Хуттунен, ведущий инженер-программист компании.

Технология GaN предлагает беспроводную автономную зарядку, необходимую в этих условиях, при работе на высокой частоте переключения с максимальной эффективностью. В сотрудничестве с GaN Systems Inc., WiBotic интегрирует устройства GaN для обеспечения требований к уровням мощности и дальности действия антенны, которые требуются как дронам, так и роботам. Кроме того, PRM-регулятор Vicor 48V VI Chip PRM обеспечивает питание передатчика на борту беспроводной зарядной станции WiBotic TR-110, которая обеспечивает беспроводное питание бортового приемника робота / дрона. PRM принимает 48 В от источника питания переменного и постоянного тока, а выходное напряжение регулируется адаптивно и отключается от 20 до 55 В.

Рис. 3. Робот с беспроводной зарядкой. Щелкните изображение, чтобы увеличить. (Источник:Wibotic)

«В первую очередь мы специализируемся на робототехнике, автоматизации и промышленных устройствах. Но мы очень рады тому, что беспроводная зарядка растет во многих отраслях; По словам Мэтта Карлсона, вице-президента по развитию бизнеса WiBotic, его применение в мобильных телефонах растет, а также во многих других отраслях. Он продолжил:«Мы разрабатываем больше алгоритмов, которые будут согласованы с ИИ и машинным обучением, на основе исторических тенденций и применяем их для будущих результатов анализа, особенно в отношении зарядки аккумулятора».

С помощью беспроводной системы подзарядки дронов весь процесс подзарядки можно отслеживать и контролировать удаленно с помощью облачного программного обеспечения, API-интерфейсов и инструментов, чтобы гарантировать, что дроны перезагружаются как можно быстрее, когда это необходимо, или медленнее, когда планирование полета не является массовым.

>> Эта статья была первоначально опубликована на наш дочерний сайт EE Times.