WiBotic 业务开发副总裁 Matt Carlson – 访谈系列

马特·卡尔森 (Matt Carlson) 是以下公司的业务开发副总裁 维博蒂克公司，一家提供可靠的无线电源解决方案为空中、移动和水上机器人系统充电的公司。

为什么无线充电解决方案对机器人技术的未来如此重要？  

机器人需要能够为大多数应用自动充电。 雇用员工来管理电池充电或电池更换根本不符合成本效益。 然而，当今大多数自主充电都是使用需要电触点物理配合的扩展坞来完成的。

这需要非常精确地导航到充电底座，这很难编程并且并不总是可靠的。 未能正确对齐触点可能意味着错过充电周期和机器人停机。 接触式充电站也会随着时间的推移而磨损，或者接触点可能会变脏或腐蚀——再次导致充电不一致。 最后，机器人原始设备制造商使用多种电接触类型，因此几乎不可能有一个充电站可以为任何机器人充电。

无线系统不存在这些问题。 WiBotic 系统提供几厘米的对齐公差，因此不需要极其精确的导航堆栈。 由于天线可以完全密封到元件上并且彼此之间不进行物理接触，因此无线系统也高度可靠，并且可以处理无限数量的充电周期。 最后，随着机器人使用的增长，大多数公司将使用不止一种类型的机器人。 一个无线充电站可以为任何改装有简单接收天线的机器人充电，而不是专门为许多不同的充电座设置墙壁或房间，从而节省金钱和空间。

Wibotic 最初的重点是为医疗设备提供动力，那么转向机器人、无人机和自主水下航行器 (AUV) 的原因是什么？

WiBotic 的两位创始人 Ben Waters 和 Josh Smith 在华盛顿大学的大部分研究期间确实专注于医疗设备的无线充电。 他们的技术增加了无线电源的范围和可靠性，这对于医疗市场来说都至关重要。 然而，当 Ben 获得博士学位并创立 WiBotic 时，该公司立即将机器人技术作为其主要市场。 这是基于机器人行业的需求。

与其他无线系统相比，机器人和无人机 OEM 厂商和最终用户认识到 WiBotic 技术在功率水平和范围方面的优势。 他们还开始为大型机器人车队部署接触式充电器而苦苦挣扎，并正在寻找更可靠的解决方案。

对于无人机市场来说，在大多数情况下，基于接触的充电是行不通的，因为无人机（大部分）在户外运行，水会成为任何物理电接触的问题。 当然，水下应用也受益于无线电力的完全密封特性。

使用哪些电力传输技术？ 

WiBotic 使用电感应和磁共振元件进行电力传输。 这两种方法在各种功率水平上都得到了相对较好的验证。 WiBotic 的与众不同之处在于我们能够实时管理天线之间的连接（技术上是阻抗）。 我们称之为自适应阻抗匹配。

无线电源（尤其是机器人技术）面临的最大挑战之一是电气环境不断变化。 如果机器人停靠在稍微不同的位置，如果其内部电子设备在充电期间打开和关闭，并且当电池本身充电时，系统发送端和接收端之间的阻抗会发生变化。 这会极大地影响效率和范围。 我们的 AIM 技术不断监控阻抗的变化，以便我们能够保持效率和功率水平，即使系统中的所有其他元件都在变化。

您能否讨论一下装置的效率，例如电力传输过程中损失了多少电力？ 

对于 WiBotic 的 250-300 瓦系统，我们的端到端效率水平在 70% 到 80% 之间。 这代表了从发射器的输入一直到电池的输出的整个系统效率。 该方程的实际天线到天线部分的效率约为 95%，但发射器电路和电池充电电路中存在损耗。 最后一部分值得注意，因为即使是设计良好的“插入式”电池充电器通常也只有 90-95% 左右的效率。

因此，使用像我们这样的无线系统会比现有的接触式充电效率降低约 10%。

机器人单元需要靠近电源多远有哪些距离限制？ 

这取决于所使用的天线的尺寸。 我们的标准发射器天线直径为 20 厘米，接收器天线直径为 10 厘米。 对于这些天线尺寸，我们允许天线之间有 5 厘米的面对面气隙，以及距同心位置最多 5 厘米的左右偏移（因此左右范围总共 10 厘米）。

与其他无线电源系统不同，由于我们的 AIM 技术，我们可以在该范围内的任何点为电池提供全部电力。 可以通过增加天线的直径来增加范围。 由于我们的天线是相对简单的 PCBA（也非常薄且轻），因此我们能够为喜欢不同尺寸的客户以相对便宜的价格修改和生产其定制版本。

多个机器人可以使用同一个充电站吗？ 

绝对地！ 一次只有一个机器人可以在无线充电站充电，但不同机器人的整个车队都可以共享同一个充电站（或一组充电站）。 这是可能的，因为与大多数接触式充电器不同，发射站不发送特定的电压和电流水平。 相反，它以指定频率发送无线电力。 我们安装在机器人上的车载充电器会将无线能量转换为车辆所需的特定电压和电流。

我们当前的产品线支持 0-60V 的电池和 0-30A 的电流水平。

您能否讨论一下目前提供的一些电源优化软件？ 

我们的无线电源硬件配备了基于网络的 GUI，允许客户配置系统的各种参数。 例如，用户可以选择将特定电池充电至典型的“100% 充电”水平。 但如果他们每次都这样做，他们可能不会从电池中获得尽可能多的充电周期。 因此，如果不需要 100% 充电，则可以向下调整最大电压水平以延长电池寿命。

同样，如果电池总是以最大电流（安培）充电，其使用寿命也会缩短。 使用我们的 GUI 和 API，用户实际上可以主动安排充电，以便在机器人需要恢复服务时尽可能快地充电，或者在知道自己有更多时间（例如过夜）时放慢速度。 这些可配置性和电池优化功能可通过我们的标准 GUI 和使用我们的 API 来实现。

我们还提供了一款新的软件产品，允许用户绘制地图，然后汇总整个 WiBotic 发射器和接收器组的充电信息。 这使得机器人能够知道充电站何时何地可用，以帮助他们最大限度地延长正常运行时间。 它还可以详细报告电池随时间变化的充电性能，帮助识别电池问题并优化整个车队的电力传输。 如果最终用户能够实施机会充电方案，即机器人每天在较短的时间内多次充电，而不是一次离开服务几个小时来充电，那么这些功能将变得特别有用。

为自主水下航行器 (AUV) 提供无线供电似乎极具挑战性，您能讨论一下吗？ 

是的，水下应用肯定存在很多挑战。 从电力传输的角度来看，几厘米的盐水会使电力传输衰减约 50%，因此在水下为相同尺寸的电池充电比在空气中充电需要更长的时间。

由于同样的原因，天线范围也受到更多限制，这意味着无人机必须具有非常好的导航才能成功找到并停靠在充电站。 这通常需要某种物理对准设备的帮助，该设备将无人机引导到充电站并帮助对准天线。

然而，水下无线电力的好处是天线可以完全封装或密封。 WiBotic 系统目前在加州蒙特雷海岸附近近 3000 英尺深度的 MBARI MARS 研究站运行。 在这种情况下，发射器和接收器电子设备安装在 1atm 压力瓶中，但电子设备也可以设计为充油外壳，以承受更大的深度。

WiBotic 继续与国防部、各大学、非营利组织和商业合作伙伴合作，扩大我们系统在水下的使用，但这绝对是一个充满挑战的环境！

WiBotic 最近 公布设备授权 因其高功率发射器和接收器而获得美国联邦通信委员会 (FCC) 的认可。 这些产品是首批获得 FCC 批准用于移动机器人、无人机和其他工业设备的系统（运行功率高达 300 瓦）。 为什么这很重要？这对机器人和无人机的未来意味着什么？  

随着机器人行业的不断发展，原始设备制造商和机器人最终用户面临着越来越严格的监管和更严格的安全要求。 对于我们的客户来说，重要的是要知道 WiBotic 产品作为其大型机器人解决方案的一个组件将满足这些监管要求。 简而言之，它使机器人和无人机制造商能够专注于为最终用户提供附加特性和功能，而不是处理认证问题。 这将使他们能够比其他方式更快地部署更大的舰队。

关于Wibotic，您还有什么想分享的吗？ 

由于大多数人在想到无线电源时都会想到物理天线和电路板，因此我们在软件和固件中投入的大量工作常常被忽视。 在很多方面，我们开发的高级固件使我们的硬件能够在如此有用的范围和功率水平上运行。

我们还继续增加我们的车队电源优化软件功能，以便对各种机器人应用中的电源使用和电池耐用性进行更深入的分析和基准测试。

感谢您的精彩采访，想要了解更多信息的读者可以访问 维博蒂克公司，或了解 WiBotic 如何 机器人和无人机高功率无线充电获得业界首个 FCC 批准。