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自主无线充电让机器人工作不间断

物流、配送与检查产业对移动机器人队伍的依赖程度越来越高。这些机器人队伍现已变得非常庞大,因此其用户正试图找到为其充电不依靠人工操作的方法。

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在WiBotic充电平台上着陆的空中无人机。当接收器靠近电源发射器时,WiBotic充电系统会自动进行感应充电,对于有些情况,比如当接收器离电源发射器有一段距离时,它会自动进行磁共振充电。


为机器人充电过程实现自动化的一种方法就是使用 WiBotic 设备。在机器人平台中构建无线充电器。充电器会在感应到电池需要充电时,让机器人前往充电站。机器人自行定位到充电站,对齐射线圈和接收线圈进行充电。


移动机器人平台和飞行机器人平台的各种电池配置让充电器的设计变得很复杂。现在,为电池无线充电有几种方法。最常见的是感应充电,这是典型的手机充电法。但感应系统只有在天线非常接近时才有效。设计能够准确对自己进行定位,实现可靠充电对机器人和无人机很难实现。磁共振充电用牺牲一点转换效率的代价,来提供更加灵活的定位WiBotic 技术通过自适应匹配的系统将感应及共振系统全部整合。它不仅可不断监控天线的相对定位,而且还可动态调节硬件及固件参数,以在纵横向及角度偏移几厘米时维持最大能量传输效率。嵌入式识别与通信系统可让任何机器人通过任何充电站充电,即使机器人电池有不同的电池化学成份、电压与充电速率。


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WiBiotic无线充电系统组件:顶部是发射单元和发射天线线圈。底部则是接收天线线圈和机载充电器单元,与充电电池组相连。发射单元生成高频率无线功率信号,通过同轴 SMA 线缆传输给天线线圈。发射器不仅可识别任何配备机载充电器的接入机器人,而且还可提供适量的能量。支持的电池化学成份包括锂离子、锂聚合物、磷酸铁锂、铅酸和镍氢等。电池电压完全不同的机器人能共享可自动识别每个机器人并可相应调整充电参数的同一发射单元。


WiBotic的API可让计算机处于同一网络上来设置充电参数并监控充电情况。例如,运营商可能会在他们最忙的时候安排机器人以最高功率充电,但夜间充电较为缓慢,以最大限度延长电池使用寿命。


WiBotic充电器必须仔细管理充电模式,以便在不因反复快速充电而降低电池质量的同时,优化正常运行时间。此外,充电周期和功率级(从快速充电的300W到涓流充电的 100mW )的这一变化也需要匹配广泛阻抗的供电架构。为高效适应不同的负载,WiBotic使用了Vicor零电压开关 (ZVS) 升降压 PRM 稳压器。其拓扑可实现高开关频率(大约1MHz)。高开关频率可缩小无功组件尺寸,实现高达1,383W/in3的功率密度。Vicor稳压器可集成在 WiBotic TR-110无线充电站上的 RF 发射器中。48V输入(稳压器接受 36-75Vdc的电压范围)由 AC-DC电源提供。输出电压不仅可动态控制,而且还可根据需要在大约 20V至55V之间微调。


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在这里,来自 Waypoint 机器人公司的一款完全自主移动机器人正在向 WiBotic 无线充电发射器移动。这款通常在仓库中运输材料的机器人智能程度极高,完全能将自己定位在 WiBotic 充电器旁边的位置。WiBotic 电源发射器-接收器可将输电模式调节至最佳状态,以完全适合当前条件以及 Waypoint 机器人所采用的电池技术。


Vicor PRM可在较低功率级下执行“全面充电”和“涓流充电”模式,无明显性能下降,这是打败同类竞争电源组件的重要性能基准。此外,它还支持需要恒压才能实现 100%充电的“充满关闭”模式。高效率转换实现了45°C工作温度全功率运行。TR-110无线充电站采用主动式散热将热量从板载 RF 放大器中散出,但Vicor表面贴装的 PRM 位于该气流之外。


此外,Vicor PRM模块的零交叉开关也最大程度减少了 EMI/噪声难题与传导发射/EMC 需求,无需额外的滤波器。


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在TR-110无线充电站PCB上可以看到为板载RF放大器散热的散热风扇。Vicor表面贴装 PRM(看不见)在该气流之外。


PRM采用 1.28 x 0.87 x 0.249 英寸[32.5 x 22.0 x 6.31 毫米]的表面贴装封装,与标准贴装及表面贴装装配过程兼容。此外,它还提供平面散热界面区,可提高导热性。PRM 的紧凑尺寸有助于实现轻量级的小巧机载充电器,其可延长工作周期,对于机载产品而言,更是如此。对于静止的无线充电站而言,密集的供电架构最终有助于在部署环境中节省宝贵的基板。


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