水下機器人的無線充電

曹朝陽 趙新燦

摘要

本文主要從水下機器人及無線充電概述角度出發(fā)，闡述了無線充電技術分析，并對水下機器人無線充電技術進行細致化論述，首先對整個充電結構與過程進行分析，其次和傳統(tǒng)充電方式作出對比，最后對其水下機器人無線充電創(chuàng)新點進行分析，從而為水下機器人的無線充電研究提供參考。

【關鍵詞】無線充電 傳輸系統(tǒng) 工作效率

無線充電主要利用的是無線電力傳輸系統(tǒng)，其主要是將電能以無線連接方式從發(fā)射器傳輸到接收器。水下機器人通過利用無線充電不僅能夠提升其自身工作效率，同時有效避免因電池拆卸出現(xiàn)進水等現(xiàn)象，將無線充電技術與水下機器人結合起來將大大提高水下機器人的使用壽命和工作效率。同時，通過應用無線充電能過使得水下機器人電子系統(tǒng)全部封閉，不會受到空氣中氧氣和水的腐蝕，使水下機器人的工作效率更高、使用壽命更長。

1 水下機器人及無線充電概述

水下機器人是一種工作與水下極端條件的機器人，能潛入水中代替人完成某些操作，又稱潛水器，水下環(huán)境惡劣危險，人的潛水深度有限，而水下機器人可以在水下各種復雜環(huán)境中作業(yè)，因此，該類機器人在水下搜救、水域檢測、海底勘探、水面應急處理、極限環(huán)境作業(yè)、軍事偵查、環(huán)境感知與探索等領域有著廣闊的作用。水下機器人是一項技術密集性高、系統(tǒng)工程強的智能技術，用途之分廣泛，具有非常重要的民用價值和軍事應用價值。作為探索內空間的重要手段，與探索外空間相關技術有同等意義，同時，水下機器人的開發(fā)與研究逐漸朝著遠程化和智能化方向發(fā)展。

2 無線充電技術分析

在水下機器人中應用無線充電，其主要利用的是無線電力傳輸系統(tǒng)，其主要是將電能以無線連接方式從發(fā)射器傳輸到接收器，采用無線充電技術主要有如下優(yōu)點，

（1）方便，不必連接電力線纜，設備可按放在充電板或支架上。操作簡單，比起插入電力電纜，操作更簡單。

（2）耐用，無需頻繁插拔設備，擁有更耐磨損和撕裂的設備插槽和附加線纜。將無線充電技術與水下機器人結合起來將大大提高水下機器人的使用壽命和工作效率。

同時，通過應用無線充電能過使得水下機器人電子系統(tǒng)全部封閉，不會受到空氣中氧氣和水的腐蝕，使水下機器人的工作效率更高、使用壽命更長。

3 水下機器人無線充電技術分析

3.1 水下機器人無線充電裝置結構分析

無線充電裝置結構如圖1所示，利用整流濾波將電網中的電能轉變?yōu)橹绷麟?，然后利用逆變器實施高頻逆變，該環(huán)節(jié)得到的高頻交變電流在測補償電流作用下通過發(fā)射線圈，通過此環(huán)節(jié)會獲取到高頻交變電磁場，并且與逆變器變化相跟隨，在電磁場場中接收電圈在電磁感應下產生頻率相同的交變電流，然后在無線供電接收裝置作用下，交變電流會產生頻率相同的交變電磁場。因為振蕩頻率相同，所以兩個裝置通過共振提升傳遞能量效果，最終在電磁耦合技術作用下，讓電能由無線供電發(fā)送線圈傳送給無線供電接收線圈，從而實現(xiàn)對水下機器人充電目的，為了進一步提升整流的效率，將高頻同步整流電路融入整個無線充電系統(tǒng)當中，保障整體充電效率提升。

3.2 水下機器人無線充電應用對比分析

水下機器人應用無線充電，能夠保障其自主完成無線充電路徑規(guī)劃、數據采集、自動返航以及傳送采集得到的數據，并能夠定點循環(huán)上述幾個環(huán)節(jié)，保障其功能最大化。傳統(tǒng)充電方式主要涉及兩種，一種是鋰電池供電，其主要應用在一些運動靈活、活動范圍大、續(xù)航能力差以及工作效率低的機器人當中，而由于需要經常性拆卸充電，使得水下機器人密封性受到影響，導致機器人壽命被縮短。另外一種是臍帶纜供電，其主要應用在密封性好、供電穩(wěn)定、持續(xù)性工作的水下機器人當中，但是應用時其工作范圍會受到限制，導致其靈活性受到影響。由此可見，采用無線充電能夠有效解決以上傳統(tǒng)通電方式存在問題，對水下機器人供電方式和工作方式進行改變。在實際應用過程中，無線充電可以實現(xiàn)水下機器人無需拆卸即可充電功能，并且通過低電壓自動續(xù)航返回充電，進而保障水下機器人提升工作效率和質量。

3.3 水下機器人無線充電創(chuàng)新點分析

在應用水下機器人時，可以充分發(fā)揮無限充電技術，例如采用IPT無限充電技術，在實際應用過程中，傳統(tǒng)充電方式需要對AUV發(fā)布指令，并且將其回收至水面，因此會耗費大量的人力、物理以及財力，同時，在拆卸電池過程中，會由于密封不嚴實出現(xiàn)進水等問題。如果利用感應電能傳輸方式，可以實現(xiàn)在不拆電池狀態(tài)下完成充電工作，保障整個水下機器人密封性，減少因二次拆裝導致密封不嚴漏水等問題出現(xiàn)的可能性。

4 結束語

綜上所述，隨著我國科學技術不斷創(chuàng)新與發(fā)展，水下機器人開發(fā)技術水平得到快速提升，大大提升我國在深海內探索和研究水平，在應用水下機器人時，要盡量提升其應用效率，同時，隨著無線充電技術水平的快速提升，很多行業(yè)已經逐漸引進無線充電技術，為了提升水下機器人工作效率，避免其因充電對電池實施拆卸，導致整個機器人出現(xiàn)漏水、滲透等現(xiàn)象，通過，通過利用無線充電技術，可以大大提升水下機器人應用效果，為相關研究和探索工作提供有效保障。

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