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揭秘無人機自動機場 — 換電機場VS充電機場

2023-07-01 | 行業資訊

數字工業催生無人機巡檢巡邏需求高速增長 “新基建”加速數字城市時代的來臨，工業無人機的應用需求迎來新拐點。但在工業無人機實際應用中，存在人員及通勤成本高，人員缺口數量大，戶外工作環境艱苦；人工操控無人機操控難度高，巡飛精度和一致性差；時效性難以保證，無人機巡邏不能即時應對突發事態……等多種問題，這也制約了工業無人機的快速落地。無人機的人工現場操控越來越難以滿足行業無人機應用的快速發展需求。

如何解決這些應用中的難點和痛點？無人機能否實現全自動的飛行作業？

在工業無人機應用領域，無人機全自動飛行系統近年來逐步落地，從試點走向規模應用。無人機全自動飛行系統中的核心產品之一就是“無人機自動機場”。

什么是無人機自動機場？

或者說，要實現無人機的全自動飛行作業，我們要解決哪些問題？

要實現全自動飛行作業，無人機在作業地自動起降巡檢，必須得滿足：

1. 無人機的野外存放問題，無需通勤，足不出戶即可實現一鍵飛行；

2. 無人機的自動起降問題，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. 無人機的電池充能問題，儲存裝置能實現自動化的給無人機充電。

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

解決無人機電池充電問題，為什么會有充電機場和換電機場這兩種形式？

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自動機場形態。

無人機自動機場是如何實現電池充能的？

換電機場采用高精度機械臂，將電池從無人機上取下，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上。這種最大的好處是，可以在機場內部放置多組電池，通過機械臂實現輪換使用，間隔時間只需幾分鐘。

充電機場采用接觸式充電方式，當無人機降落后，歸中機構會歸位并夾緊無人機，歸中機構上的充電接口與無人機上的充電接口進行接觸式充電，充電時間較長。目前行業內也在研究快速充電技術，但快充技術還不夠成熟，暫時并未被品牌無人機廠商采用。快充會帶來電池穩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熱導致電池鼓包失效，除非提供高效的散熱方式，比如采用水冷方式，另外無人機剛剛返航后，需要對電池進行冷卻一段時間再進行充電，這也影響了無人機充電速度。

兩種充能方式帶來的作業頻次區別在哪？

換電3分鐘 VS 充電1-2小時

換電3分鐘：飛機自主降落到起降平臺，平臺回落至機艙同時關閉艙門，高精度機械臂給無人機更換電池，只需3分鐘即可完成換電與再次起飛。據復亞智能的官方數據顯示，機場內置4組電池，電池更換、再次起飛的作業間隔時間為3分鐘，據了解復亞智能也是換電形式無人機自動機場的主要頭部廠商之一。

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

兩種無人機自動機場適配的不同應用場景有哪些？

不同行業的無人機作業頻次、飛行環境都略有差別，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。

換電機場：巡邏場景往往高頻，每天都需要多次巡視，遇到突發事件還需要快速到達現場，比如，交通的巡邏、水利的巡邏、安防巡邏高頻的應用場景，以及應急需求，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場來滿足。

充電機場：巡檢場景頻次沒那么高，多數設備只需定期巡檢即可，對于作業間隔時間沒有較高的要求，比如光伏巡檢、風電巡檢、電力桿塔的巡檢，因此充電機場可以滿足。

兩種無人機自動機場的性能及價格對比

相比充電機場，換電機場有較高技術門檻。

換電形式的無人機自動機場對運動路徑、重復精度有較高的要求。需考慮結合無人機的外觀形態重復考慮機械臂的運動軌跡，這樣機械臂才能以最輕量化的體積和運動路徑、運動時間進行電池的更換，重復運動精度達不到，機械抓手裝置可能會對無人機造成破壞。對于換電形式的自動機場的廠商來說，技術一旦成熟，對后進入的跟風廠家也是一種時間壁壘。據了解，以復亞智能為代表的換電自動機場已實現了高度穩定性。

相比換電機場，充電機場因結構簡單有相對價格優勢。

換電形式的無人機自動機場，零部件少機械結構簡單，主要機械結構在于平臺升降、無人機歸中以及艙門閉合。目前復亞也提供充電版本自動機場。

無人機自動機場還有哪些必備功能？

高度可靠的復雜環境適應能力，由于自動機場長期在野外存放作業，對于惡劣天氣、極端氣溫要有較大的適應性，滿足多環境下的使用條件。機場內部溫度的控制尤為重要，無人機電池在外部溫度0～45度的范圍內才能正常充放電，自動機場必須配備智能溫度控制系統，才能在中部地區夏季的極端高溫天氣下正常作業，以及北方冬天零下40度的氣溫下正常作業。同時，自動機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，野外蚊蟲老鼠遍布，對于自動機場的防護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，并自動判斷起飛環境，確保無人機飛行安全。

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