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揭秘?zé)o人機(jī)自動機(jī)場 — 換電機(jī)場VS充電機(jī)場

2023-07-01 | 行業(yè)資訊

數(shù)字工業(yè)催生無人機(jī)巡檢巡邏需求高速增長 “新基建”加速數(shù)字城市時代的來臨，工業(yè)無人機(jī)的應(yīng)用需求迎來新拐點。但在工業(yè)無人機(jī)實際應(yīng)用中，存在人員及通勤成本高，人員缺口數(shù)量大，戶外工作環(huán)境艱苦；人工操控?zé)o人機(jī)操控難度高，巡飛精度和一致性差；時效性難以保證，無人機(jī)巡邏不能即時應(yīng)對突發(fā)事態(tài)……等多種問題，這也制約了工業(yè)無人機(jī)的快速落地。無人機(jī)的人工現(xiàn)場操控越來越難以滿足行業(yè)無人機(jī)應(yīng)用的快速發(fā)展需求。

如何解決這些應(yīng)用中的難點和痛點？無人機(jī)能否實現(xiàn)全自動的飛行作業(yè)？

在工業(yè)無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，無人機(jī)全自動飛行系統(tǒng)近年來逐步落地，從試點走向規(guī)模應(yīng)用。無人機(jī)全自動飛行系統(tǒng)中的核心產(chǎn)品之一就是“無人機(jī)自動機(jī)場”。

什么是無人機(jī)自動機(jī)場？

或者說，要實現(xiàn)無人機(jī)的全自動飛行作業(yè)，我們要解決哪些問題？

要實現(xiàn)全自動飛行作業(yè)，無人機(jī)在作業(yè)地自動起降巡檢，必須得滿足：

1. 無人機(jī)的野外存放問題，無需通勤，足不出戶即可實現(xiàn)一鍵飛行；

2. 無人機(jī)的自動起降問題，通過定位和前識別能自動高精度的降落到戶外存放裝置中；

3. 無人機(jī)的電池充能問題，儲存裝置能實現(xiàn)自動化的給無人機(jī)充電。

“無人機(jī)自動機(jī)場”因此誕生，存放的問題容易解決，有一個密閉空間即可，通過機(jī)械化裝置實現(xiàn)飛行平臺的升降和艙門開合，市場上能見到的無人機(jī)自動機(jī)場都是同樣實現(xiàn)。

解決無人機(jī)電池充電問題，為什么會有充電機(jī)場和換電機(jī)場這兩種形式？

我們以電動剃須刀舉例，電動剃須刀既可以通過電源接口充電，直接把充電頭接入剃須刀來進(jìn)行充電，也可以通過更換充電電池保持電量，即可以換上新電池的同時把低電量電池拔下來充電。兩種都可以解決充能問題，這也是市場為什么會有兩種無人機(jī)自動機(jī)場形態(tài)。

無人機(jī)自動機(jī)場是如何實現(xiàn)電池充能的？

換電機(jī)場采用高精度機(jī)械臂，將電池從無人機(jī)上取下，置入電池倉中充電，再從電池倉中取出滿電電池安裝到無人機(jī)上。這種最大的好處是，可以在機(jī)場內(nèi)部放置多組電池，通過機(jī)械臂實現(xiàn)輪換使用，間隔時間只需幾分鐘。

充電機(jī)場采用接觸式充電方式，當(dāng)無人機(jī)降落后，歸中機(jī)構(gòu)會歸位并夾緊無人機(jī)，歸中機(jī)構(gòu)上的充電接口與無人機(jī)上的充電接口進(jìn)行接觸式充電，充電時間較長。目前行業(yè)內(nèi)也在研究快速充電技術(shù)，但快充技術(shù)還不夠成熟，暫時并未被品牌無人機(jī)廠商采用?？斐鋾黼姵胤€(wěn)定以及使用壽命等問題，主要原因是快充的時候電池電芯會大量發(fā)熱導(dǎo)致電池鼓包失效，除非提供高效的散熱方式，比如采用水冷方式，另外無人機(jī)剛剛返航后，需要對電池進(jìn)行冷卻一段時間再進(jìn)行充電，這也影響了無人機(jī)充電速度。

兩種充能方式帶來的作業(yè)頻次區(qū)別在哪？

換電3分鐘 VS 充電1-2小時

換電3分鐘：飛機(jī)自主降落到起降平臺，平臺回落至機(jī)艙同時關(guān)閉艙門，高精度機(jī)械臂給無人機(jī)更換電池，只需3分鐘即可完成換電與再次起飛。據(jù)復(fù)亞智能的官方數(shù)據(jù)顯示，機(jī)場內(nèi)置4組電池，電池更換、再次起飛的作業(yè)間隔時間為3分鐘，據(jù)了解復(fù)亞智能也是換電形式無人機(jī)自動機(jī)場的主要頭部廠商之一。

充電1-2小時：飛機(jī)降落后，通過接觸式的充電方式給無人機(jī)進(jìn)行充電。作業(yè)間隔時間主要為降落時間+電源充電時間，以大疆工業(yè)無人機(jī)經(jīng)緯M系列為例，飛行20～30分鐘后，在電池低電量狀態(tài)下取出電池充電，電池充滿電量平均需要1-2小時左右。采用無人機(jī)品牌官方配套充電裝置的無人機(jī)自動機(jī)場廠商充電時間基本如此。

兩種無人機(jī)自動機(jī)場適配的不同應(yīng)用場景有哪些？

不同行業(yè)的無人機(jī)作業(yè)頻次、飛行環(huán)境都略有差別，但總體來講，可以分成兩類，一類是用于巡邏，一類是用于巡檢。

換電機(jī)場：巡邏場景往往高頻，每天都需要多次巡視，遇到突發(fā)事件還需要快速到達(dá)現(xiàn)場，比如，交通的巡邏、水利的巡邏、安防巡邏高頻的應(yīng)用場景，以及應(yīng)急需求，能隨時起飛場景，對飛行頻次、再次起飛時間都有較高的要求。這類場景往往需要換電的自動機(jī)場來滿足。

充電機(jī)場：巡檢場景頻次沒那么高，多數(shù)設(shè)備只需定期巡檢即可，對于作業(yè)間隔時間沒有較高的要求，比如光伏巡檢、風(fēng)電巡檢、電力桿塔的巡檢，因此充電機(jī)場可以滿足。

兩種無人機(jī)自動機(jī)場的性能及價格對比

相比充電機(jī)場，換電機(jī)場有較高技術(shù)門檻。

換電形式的無人機(jī)自動機(jī)場對運(yùn)動路徑、重復(fù)精度有較高的要求。需考慮結(jié)合無人機(jī)的外觀形態(tài)重復(fù)考慮機(jī)械臂的運(yùn)動軌跡，這樣機(jī)械臂才能以最輕量化的體積和運(yùn)動路徑、運(yùn)動時間進(jìn)行電池的更換，重復(fù)運(yùn)動精度達(dá)不到，機(jī)械抓手裝置可能會對無人機(jī)造成破壞。對于換電形式的自動機(jī)場的廠商來說，技術(shù)一旦成熟，對后進(jìn)入的跟風(fēng)廠家也是一種時間壁壘。據(jù)了解，以復(fù)亞智能為代表的換電自動機(jī)場已實現(xiàn)了高度穩(wěn)定性。

相比換電機(jī)場，充電機(jī)場因結(jié)構(gòu)簡單有相對價格優(yōu)勢。

換電形式的無人機(jī)自動機(jī)場，零部件少機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，主要機(jī)械結(jié)構(gòu)在于平臺升降、無人機(jī)歸中以及艙門閉合。目前復(fù)亞也提供充電版本自動機(jī)場。

無人機(jī)自動機(jī)場還有哪些必備功能？

高度可靠的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力，由于自動機(jī)場長期在野外存放作業(yè)，對于惡劣天氣、極端氣溫要有較大的適應(yīng)性，滿足多環(huán)境下的使用條件。機(jī)場內(nèi)部溫度的控制尤為重要，無人機(jī)電池在外部溫度0～45度的范圍內(nèi)才能正常充放電，自動機(jī)場必須配備智能溫度控制系統(tǒng)，才能在中部地區(qū)夏季的極端高溫天氣下正常作業(yè)，以及北方冬天零下40度的氣溫下正常作業(yè)。同時，自動機(jī)場還需具備濕度控制模塊，才能在南方潮濕的空氣中正常作業(yè)，野外蚊蟲老鼠遍布，對于自動機(jī)場的防護(hù)能力也有較高的要求。氣象觀測能力，能夠為地面氣象觀測提供實時氣象信息，并自動判斷起飛環(huán)境，確保無人機(jī)飛行安全。

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