WiBotic是一家為無人機(jī)和機(jī)器人電池設(shè)計和制造電池無線充電解決方案的初創(chuàng)公司，因其解決商用無人機(jī)的重大操作挑戰(zhàn)而引起了人們的興趣。希望提供基于無人機(jī)機(jī)隊的服務(wù)的公司都面臨電池容量有限的問題，這是影響商用無人機(jī)飛行時間的限制因素。

更高效、更靈活的充電解決方案是解決這一挑戰(zhàn)的關(guān)鍵，這就是 WiBotic 的用武之地。這家成立 4 年的初創(chuàng)公司已獲得 570 萬美元的 A 輪融資。投資者包括 Junson Capital、SV Tech Ventures、Rolling Bay Ventures、Aves Capital、The W Fund 和 WRF Capital 等。

WiBotic 為空中、移動、海洋和工業(yè)機(jī)器人市場提供無線充電和電源優(yōu)化解決方案。其自適應(yīng)匹配技術(shù)為感應(yīng)功率傳輸提供了一種新方法，該公司稱該方法可提供無人機(jī)和其他飛行設(shè)備所需的功率水平。

此類優(yōu)化解決方案通過軟件庫提供對電池充電參數(shù)的詳細(xì)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(jī)的正常運(yùn)行時間。

WiBotic 無線充電解決方案還可以處理充電調(diào)度；它們旨在為多個機(jī)器人在不同時間從同一個發(fā)射器充電掃清障礙。

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無線電力傳輸

使用電磁場作為電力來源可以追溯到 19 世紀(jì)后期，當(dāng)時尼古拉·特斯拉首次展示了無電線的電力傳輸。無線方法是眾所周知的，但發(fā)射機(jī)的設(shè)計、它們的位置、最大化效率以及對整個系統(tǒng)的驗證行為的需求代表了一個復(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。最常見的?無線電力傳輸 (WPT) 系統(tǒng)使用的方法?是電感耦合或 MRI，它們各有優(yōu)缺點。

最常見的方法是感應(yīng)方法——通常在消費(fèi)設(shè)備中發(fā)現(xiàn)。不幸的是，只有當(dāng)天線非?？拷鼤r它們才有效。機(jī)器人和無人機(jī)無法準(zhǔn)確定位自己，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)，可提供更大的定位靈活性。然而，典型的共振系統(tǒng)有一個特殊的區(qū)域，可以在其中發(fā)揮最大的效率。但是，如果機(jī)器人短暫停止或偏離中心，則會降低效率并增加充電時間。

WiBotic 技術(shù)基于電感和諧振系統(tǒng)的優(yōu)點，因為它結(jié)合了兩者的優(yōu)點。“我們獲得專利的自適應(yīng)匹配系統(tǒng)會持續(xù)監(jiān)控相對天線位置并動態(tài)調(diào)整硬件和固件參數(shù)以保持最高效率——在高功率水平下提供可靠的充電，并且跨越幾厘米的垂直、水平和角度偏移，”Ben Waters 說, WiBotic 的首席執(zhí)行官。

各種技術(shù)的效率（圖片來源：WiBotic）

軟件算法

知道何時在電池電量低時為無人機(jī)充電是評估停機(jī)時間的一個重要功能。不同的機(jī)器人會有不同類型的電池化學(xué)成分、電壓和電流。WiBotic 的能源優(yōu)化軟件可以評估進(jìn)入充電的機(jī)器人并確定給它們充電的最佳方式。

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)載大腦允許無人機(jī)直接訪問機(jī)載充電器以執(zhí)行相同的功能。結(jié)構(gòu)化無線充電網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)允許機(jī)器人保持充電狀態(tài)，最大限度地減少停機(jī)時間并降低機(jī)器人車隊的總體成本。

“我們在機(jī)器人方面的許多創(chuàng)新都來自發(fā)射器上射頻放大器的輸出，”沃特斯說?！叭缓笤?a target="_blank">接收器端——整流器的輸入端——我們能夠動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的阻抗，以確保通過保持空芯兩側(cè)的源阻抗和負(fù)載阻抗來最大化我們的功率傳輸變壓器匹配。我們正在非?？焖俚貙崟r動態(tài)調(diào)整和感知事物，以適應(yīng)系統(tǒng)中發(fā)生的運(yùn)動或中斷或變化?！?/p>

維博特系統(tǒng)架構(gòu)

無人機(jī)無線充電站是一個方形平臺（標(biāo)準(zhǔn)墊為 3 × 3 英尺），由一個“智能”感應(yīng)板組成，在無人機(jī)著陸期間，它決定供應(yīng)給飛機(jī)的電池類型，從而建立正確的充電參數(shù)。

所有 WiBotic 無線充電系統(tǒng)均由四個主要硬件組件組成：發(fā)射器單元、發(fā)射器天線線圈、車載充電單元和接收天線線圈。

WiBotic 架構(gòu)框圖（圖片：WiBotic）

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，在那里它產(chǎn)生電場和磁場。線圈可以根據(jù)無人機(jī)的跑道安裝在任何方向。

發(fā)射器單元可識別任何配備車載充電單元和接收器天線線圈的機(jī)器人，并自動激活以提供適量的能量。收集線圈為車載充電器電路提供能量。車載充電器將信號轉(zhuǎn)換回直流電壓并控制電池充電功能以安全地為各種電池充電。

“我們使用的處理器是基于 Arm 的 STM32 微控制器，”該公司的首席軟件工程師 Alex Huttunen 說。“我們使用復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)以及在處理器本地運(yùn)行的動態(tài)控制算法。這些共同決定了應(yīng)如何根據(jù)傳入信號更改輸出。如果您發(fā)送數(shù)百瓦的功率并且更改了錯誤的參數(shù)，您可能很容易破壞系統(tǒng)而不是使系統(tǒng)受益。因此，能夠確定如何實時應(yīng)對不斷變化的條件是我們系統(tǒng)的重要組成部分。當(dāng)您需要快速做事并且沒有大量計算能力時，需要在軟件和硬件方面進(jìn)行相當(dāng)好的優(yōu)化。

GaN 技術(shù)通過以最高效率在高開關(guān)頻率下運(yùn)行，提供這些條件所需的無線自主充電。WiBotic 與 GaN Systems Inc. 合作，集成了 GaN 設(shè)備，以提供無人機(jī)和機(jī)器人所需的功率水平和天線范圍要求。此外，Vicor 48-V VI 芯片 PRM 穩(wěn)壓器為 WiBotic TR-110 無線充電站上的發(fā)射器供電，后者為機(jī)器人/無人機(jī)機(jī)載接收器無線供電。PRM 接受來自 AC/DC 電源的 48 V 電壓，并且輸出電壓被自適應(yīng)控制并在 20 至 55 V 之間切斷。

具有無線充電功能的機(jī)器人（圖片來源：WiBotic）

“我們主要專注于機(jī)器人、自動化和工業(yè)設(shè)備，但我們對無線充電在許多行業(yè)的發(fā)展感到非常興奮；WiBotic 業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁馬特卡爾森說：“它在手機(jī)中的應(yīng)用正在增加，并擴(kuò)展到許多其他行業(yè)?！?他繼續(xù)說道，“我們正在開發(fā)更多算法，這些算法將根據(jù)歷史趨勢與人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)保持一致，并將它們應(yīng)用于分析的未來性能，特別是圍繞電池充電。”

通過無線無人機(jī)充電系統(tǒng)，可以使用基于云的軟件、API 和工具遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制整個充電過程，以確保無人機(jī)在需要時盡快充電，或在飛行計劃不大量時更慢地充電。

審核編輯 黃昊宇