Drones blijven doorgaan met oplossingen voor draadloos opladen

Er zijn grote bedrijven met grote plannen om diensten aan te bieden op basis van drone-vloten, en ze staan ​​allemaal te popelen om verder te gaan dan een belangrijke operationele uitdaging:de vliegtijd van commerciële drones wordt beperkt door een beperkte batterijcapaciteit. Een manier om het probleem aan te pakken is met efficiëntere en flexibelere oplaadoplossingen. En dat verklaart de grote interesse in WiBotic, dat oplossingen ontwerpt en produceert voor het opladen van drone- en robotbatterijen. De 4-jarige startup heeft $ 5,7 miljoen aan Series A-financiering binnengehaald.

Investeerders zijn onder andere Junson Capital, SV Tech Ventures, Rolling Bay Ventures, Aves Capital, The W Fund en WRF Capital.

WiBotic biedt oplossingen voor draadloos opladen en stroomoptimalisatie voor de lucht-, mobiele, maritieme en industriële robotmarkt. De Adaptive Matching-technologie biedt een nieuwe methode voor inductieve krachtoverdracht waarvan het bedrijf zegt dat het de vermogensniveaus biedt die nodig zijn voor drones en andere vliegende apparaten.

Dergelijke optimalisatieoplossingen bieden gedetailleerde bewaking van de laadparameters van de batterij via softwarebibliotheken. In combinatie met de strategische inzet van hardware voor draadloos opladen, zijn deze softwarefuncties ontworpen om de uptime van drones te optimaliseren.

WiBotic draadloze oplaadoplossingen zorgen ook voor oplaadplanning; ze zijn ontworpen om de weg vrij te maken voor meerdere robots om op verschillende tijdstippen vanaf dezelfde zender op te laden.

Draadloze stroomoverdracht (WPT)

Het gebruik van elektromagnetische velden als elektriciteitsbron gaat terug tot het einde van de negentiende eeuw, toen Nikola Tesla voor het eerst de overdracht van elektriciteit zonder draden aantoonde. De draadloze methodologie is bekend, maar het ontwerp van zenders, hun locatie, maximale efficiëntie en de noodzaak van een gevalideerd gedrag van het hele systeem vormen een complexe uitdaging die specifieke vaardigheden en het gebruik van geavanceerde tools zoals numerieke simulatie vereist. De methoden die door de meest voorkomende WPT-systemen worden gebruikt, zijn inductieve koppeling of MRI, die elk hun sterke en zwakke punten hebben.

De meest gebruikelijke methode is de inductieve methode, zoals die doorgaans wordt aangetroffen in consumentenapparaten. Helaas zijn ze alleen efficiënt als de antennes extreem dicht bij elkaar staan. Robots en drones kunnen zichzelf niet precies genoeg positioneren om ervoor te zorgen dat de inductieve systemen een betrouwbare lading leveren.

Magnetische resonantietechnologie is de nieuwste technologie die veel meer flexibiliteit biedt bij het positioneren. Typische resonantiesystemen hebben echter een speciaal gebied waar maximale efficiëntie kan worden benut. Als de robot echter kort stopt of niet in het midden staat, neemt de efficiëntie af en nemen de oplaadtijden toe.

WiBotic-technologie is gebaseerd op de sterke punten van zowel inductieve als resonerende systemen, omdat het het beste van beide bevat. "Ons gepatenteerde Adaptive Matching-systeem bewaakt constant de relatieve antennepositie en past dynamisch zowel hardware- als firmwareparameters aan om maximale efficiëntie te behouden - en levert betrouwbaar opladen, bij hoge vermogensniveaus en over meerdere centimeters verticale, horizontale en hoekige offset", aldus Ben Waters, CEO van WiBotic.

Figuur 1:Efficiëntie van verschillende technologieën. Klik op de afbeelding om te vergroten. (Bron:Wibotic)

Software-algoritme

Weten wanneer de drone moet worden opgeladen wanneer de batterij bijna leeg is, is een belangrijke functie om uitvaltijd te beoordelen. Verschillende robots hebben verschillende soorten batterijchemie, spanningen en stroom. De energie-optimalisatiesoftware van WiBotic kan de robots evalueren die binnenkomen voor een lading en bepalen hoe ze het beste kunnen worden opgeladen.

Met de Wibotic-firmware kunnen robotoperators de gewenste laadparameters bewaken en instellen. Dankzij het ingebouwde brein heeft de drone rechtstreeks toegang tot de ingebouwde oplader om dezelfde functies uit te voeren. Dankzij de architectuur van het gestructureerde draadloze oplaadnetwerk kunnen robots opgeladen blijven, waardoor uitvaltijd wordt geminimaliseerd en de totale kosten van robotvloten worden verlaagd.

"Veel van onze innovatie voor robotica komt op de output van de RF-versterker op de zender, en dan aan de ontvangerzijde, de input naar de gelijkrichter, dat is waar we in staat zijn om onze systeemimpedantie dynamisch af te stemmen om ervoor te zorgen dat we onze vermogensoverdracht maximaliseren door de bron- en belastingsimpedanties aan beide zijden van de luchtkerntransformator op elkaar af te stemmen. We stemmen dingen dynamisch af en detecteren ze heel snel in realtime om bewegingen of verstoringen of veranderingen in het systeem op te vangen", aldus Waters.

Wibotische systeemarchitectuur

Het draadloze oplaadstation voor drones is een vierkant platform (3 voet bij 3 voet voor de standaard pad) bestaande uit een "intelligente" inductieplaat die, tijdens de landing van de drone, het type batterijen bepaalt dat aan het vliegtuig wordt geleverd, waardoor wordt vastgesteld de juiste laadparameters.

Alle WiBotic draadloze oplaadsystemen bestaan ​​uit vier primaire hardwarecomponenten:zendereenheid, zenderantennespoel, ingebouwde laadeenheid, ontvangstantennespoel.

Figuur 2:blokschema van Wibotic-architectuur. Klik op de afbeelding om te vergroten. (Bron:Wibotic)

De zendeenheid genereert een hoogfrequent draadloos voedingssignaal via de AC-bron. Het signaal gaat via een SMA-coaxkabel naar de zendantennespoel, waar het zowel elektrische als magnetische velden genereert. De spoel kan in elke richting worden gemonteerd, afhankelijk van de landingsbaan van de drone.

De zendereenheid herkent elke binnenkomende robot die is uitgerust met een ingebouwde laadeenheid en een ontvangerantennespoel en wordt automatisch geactiveerd om de juiste hoeveelheid energie te leveren. De verzamelspoel levert energie aan het ingebouwde laadcircuit. De ingebouwde lader zet het signaal weer om naar gelijkspanning en regelt de oplaadfuncties van de batterij om een ​​breed scala aan batterijen veilig op te laden.

“De processor die we gebruiken is een op ARM gebaseerde STM32-microcontroller. We gebruiken een complexe toestandsmachine samen met dynamische besturingsalgoritmen die lokaal op de processor worden uitgevoerd. Samen bepalen deze hoe uitgangen moeten worden gewijzigd als reactie op inkomende signalen. Als u enkele honderden watts aan stroom verzendt en u wijzigt de verkeerde parameter, kunt u het systeem heel gemakkelijk verstoren in plaats van het systeem ten goede te komen. Dus in staat zijn om in realtime te bepalen wat te doen om te reageren op veranderende omstandigheden, is een groot onderdeel van ons systeem. En wanneer u dingen snel moet doen en u niet over een enorme hoeveelheid rekencapaciteit beschikt, moet deze redelijk goed worden geoptimaliseerd in zowel software als hardware. Het gebruik van een halfgeleider met GaN-technologie in onze RF-versterker was een integraal onderdeel van het optimaliseren van de hardwareprestaties”, zegt Alex Huttunen, hoofd software-engineer voor het bedrijf.

GaN-technologie biedt het draadloze autonoom opladen dat deze omstandigheden vereisen door met een hoge schakelfrequentie en maximale efficiëntie te werken. In samenwerking met GaN Systems Inc. integreert WiBotic GaN-apparaten om te voorzien in het vermogensniveau en het antennebereik dat zowel drones als robots nodig hebben. Bovendien voedt de Vicor 48V VI Chip PRM Regulator PRM de zender aan boord van het WiBotic TR-110 draadloze laadstation, dat de robot/drone on-board ontvanger draadloos van stroom voorziet. De PRM accepteert 48V van een AC-DC-voeding en de uitgangsspanning wordt adaptief geregeld en afgesneden van ongeveer 20 - 55V.

Figuur 3:Een robot met draadloos opladen. Klik op de afbeelding om te vergroten. (Bron:Wibotic)

“We zijn vooral gericht op robotica, automatisering en industriële apparaten. Maar we zijn erg enthousiast over de groei van draadloos opladen in veel industrieën; de acceptatie ervan neemt toe in mobiele telefoons en breidt zich ook uit naar vele andere industrieën, zei Matt Carlson, WiBotic's VP Business Development. Hij vervolgde:"We ontwikkelen meer algoritmen die zouden aansluiten bij AI en machine learning op basis van historische trends en deze toepassen op de toekomstige prestaties van een analyse, met name rond het opladen van batterijen."

Met het draadloze oplaadsysteem voor drones kan het hele oplaadproces op afstand worden bewaakt en bestuurd met behulp van cloudgebaseerde software, API's en tools om ervoor te zorgen dat drones zo snel mogelijk herladen wanneer dat nodig is of langzamer wanneer de vluchtplanning niet enorm is.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Times.