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揭秘无人机自动机场 — 换电机场VS充电机场

2023-07-01 | 行业资讯

数字工业催生无人机巡检巡逻需求高速增长 “新基建”加速数字城市时代的来临，工业无人机的应用需求迎来新拐点。但在工业无人机实际应用中，存在人员及通勤成本高，人员缺口数量大，户外工作环境艰苦；人工操控无人机操控难度高，巡飞精度和一致性差；时效性难以保证，无人机巡逻不能即时应对突发事态……等多种问题，这也制约了工业无人机的快速落地。无人机的人工现场操控越来越难以满足行业无人机应用的快速发展需求。

如何解决这些应用中的难点和痛点？无人机能否实现全自动的飞行作业？

在工业无人机应用领域，无人机全自动飞行系统近年来逐步落地，从试点走向规模应用。无人机全自动飞行系统中的核心产品之一就是“无人机自动机场”。

什么是无人机自动机场？

或者说，要实现无人机的全自动飞行作业，我们要解决哪些问题？

要实现全自动飞行作业，无人机在作业地自动起降巡检，必须得满足：

1. 无人机的野外存放问题，无需通勤，足不出户即可实现一键飞行；

2. 无人机的自动起降问题，通过定位和前识别能自动高精度的降落到户外存放装置中；

3. 无人机的电池充能问题，储存装置能实现自动化的给无人机充电。

“无人机自动机场”因此诞生，存放的问题容易解决，有一个密闭空间即可，通过机械化装置实现飞行平台的升降和舱门开合，市场上能见到的无人机自动机场都是同样实现。

解决无人机电池充电问题，为什么会有充电机场和换电机场这两种形式？

我们以电动剃须刀举例，电动剃须刀既可以通过电源接口充电，直接把充电头接入剃须刀来进行充电，也可以通过更换充电电池保持电量，即可以换上新电池的同时把低电量电池拔下来充电。两种都可以解决充能问题，这也是市场为什么会有两种无人机自动机场形态。

无人机自动机场是如何实现电池充能的？

换电机场采用高精度机械臂，将电池从无人机上取下，置入电池仓中充电，再从电池仓中取出满电电池安装到无人机上。这种最大的好处是，可以在机场内部放置多组电池，通过机械臂实现轮换使用，间隔时间只需几分钟。

充电机场采用接触式充电方式，当无人机降落后，归中机构会归位并夹紧无人机，归中机构上的充电接口与无人机上的充电接口进行接触式充电，充电时间较长。目前行业内也在研究快速充电技术，但快充技术还不够成熟，暂时并未被品牌无人机厂商采用。快充会带来电池稳定以及使用寿命等问题，主要原因是快充的时候电池电芯会大量发热导致电池鼓包失效，除非提供高效的散热方式，比如采用水冷方式，另外无人机刚刚返航后，需要对电池进行冷却一段时间再进行充电，这也影响了无人机充电速度。

两种充能方式带来的作业频次区别在哪？

换电3分钟 VS 充电1-2小时

换电3分钟：飞机自主降落到起降平台，平台回落至机舱同时关闭舱门，高精度机械臂给无人机更换电池，只需3分钟即可完成换电与再次起飞。据复亚智能的官方数据显示，机场内置4组电池，电池更换、再次起飞的作业间隔时间为3分钟，据了解复亚智能也是换电形式无人机自动机场的主要头部厂商之一。

充电1-2小时：飞机降落后，通过接触式的充电方式给无人机进行充电。作业间隔时间主要为降落时间+电源充电时间，以大疆工业无人机经纬M系列为例，飞行20～30分钟后，在电池低电量状态下取出电池充电，电池充满电量平均需要1-2小时左右。采用无人机品牌官方配套充电装置的无人机自动机场厂商充电时间基本如此。

两种无人机自动机场适配的不同应用场景有哪些？

不同行业的无人机作业频次、飞行环境都略有差别，但总体来讲，可以分成两类，一类是用于巡逻，一类是用于巡检。

换电机场：巡逻场景往往高频，每天都需要多次巡视，遇到突发事件还需要快速到达现场，比如，交通的巡逻、水利的巡逻、安防巡逻高频的应用场景，以及应急需求，能随时起飞场景，对飞行频次、再次起飞时间都有较高的要求。这类场景往往需要换电的自动机场来满足。

充电机场：巡检场景频次没那么高，多数设备只需定期巡检即可，对于作业间隔时间没有较高的要求，比如光伏巡检、风电巡检、电力杆塔的巡检，因此充电机场可以满足。

两种无人机自动机场的性能及价格对比

相比充电机场，换电机场有较高技术门槛。

换电形式的无人机自动机场对运动路径、重复精度有较高的要求。需考虑结合无人机的外观形态重复考虑机械臂的运动轨迹，这样机械臂才能以最轻量化的体积和运动路径、运动时间进行电池的更换，重复运动精度达不到，机械抓手装置可能会对无人机造成破坏。对于换电形式的自动机场的厂商来说，技术一旦成熟，对后进入的跟风厂家也是一种时间壁垒。据了解，以复亚智能为代表的换电自动机场已实现了高度稳定性。

相比换电机场，充电机场因结构简单有相对价格优势。

换电形式的无人机自动机场，零部件少机械结构简单，主要机械结构在于平台升降、无人机归中以及舱门闭合。目前复亚也提供充电版本自动机场。

无人机自动机场还有哪些必备功能？

高度可靠的复杂环境适应能力，由于自动机场长期在野外存放作业，对于恶劣天气、极端气温要有较大的适应性，满足多环境下的使用条件。机场内部温度的控制尤为重要，无人机电池在外部温度0～45度的范围内才能正常充放电，自动机场必须配备智能温度控制系统，才能在中部地区夏季的极端高温天气下正常作业，以及北方冬天零下40度的气温下正常作业。同时，自动机场还需具备湿度控制模块，才能在南方潮湿的空气中正常作业，野外蚊虫老鼠遍布，对于自动机场的防护能力也有较高的要求。气象观测能力，能够为地面气象观测提供实时气象信息，并自动判断起飞环境，确保无人机飞行安全。

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