引語
在智慧產品逐步邁向無人化的程序中，能源補充極大限制其發展，以無線充電為主的解決方案是當下最有效的手段之一。
歐卡智舶針對無人船水域維護這一高頻場景，研發了一種全新的水面無線充電系統，形成真正全智慧水面作業流程，為無人船行業帶來變革。
無人駕駛時代
無人船行業需全智慧升級
5G商用，標誌著智慧化作業迎來新時代。隨著空中、陸地無人駕駛應用的爆發，水面無人船也在蓄勢待發。
但是當前的智慧機器人都面臨著一個必要的問題，即能源補充。不解決這一問題，就談不上真正的無人化。
在陸地上，用於封閉場景物流運輸的AGV，已經發展出了佈設於執行軌道的感應線圈無線充電裝置、及固定的充電樁群兩種解決方案，分別具備利用邊工作邊充電、充電效率高的優點。
▲AGV兩種充電方案
放眼無人船水域作業，有兩個重要的制約因素：一是其智慧化程度；二是能源補充。
▲無人船作業與人工清理水面智慧化程度依賴於水面無人駕駛技術的成熟程度，可以透過實踐積累提升。
能源補充的問題卻一直沒有良好的解決方案，極大的限制了水面無人船真正走向無人化的腳步。
無人船水域作業痛點問題
無人船水域作業主要有兩類。一類是科研、測繪、探險等這低頻場景；另一類是水面清潔、安全巡檢、水質監測等高頻場景。當前的智慧無人船基本都採用電能作為能源，雖然高效、清潔，也足以作為應對作為特種裝備使用的場景需求。但在高頻場景下，對無人船的全智慧工作流程、續航能力、充電時長、安全問題等提出嚴格要求，現存諸多問題，需全面標準的行業解決方案。
1. 全智慧工作流程
水域落地場景分屬室外封閉場景，作業環節複雜，真正做到全面無人化需打通啟動端與停靠充電端。常規無人船的模式是現場遙控啟動、取出電池充電等強人力耦合的方式，需要人員隨叫隨到，無法真正無人化。
2. 高頻次作業需要長效續航
水域是一個動態場景，無人船水上作業的各個環節比較複雜，能源消耗大，對續航要求高，本身大容量電池下6~8小時的續航，只能滿足基本需求。此外，大電池容量替換則需要專門的人工，提高了成本。
3. 室外環境有線充電存在各類隱患
室外場景環境複雜，一般的充電設施僅做基礎防護。有線充電的相關線路基本處於外露狀態，風吹日曬這些外界影響的所造成的裝置老化、接觸不良以及電壓不穩定情況時常存在，風險較高。
這些問題進一步制約了智慧無人船在實際場景中的應用，無人船作業過程難以擺脫人工協助，無法真正地實現“無人化”。
歐卡方案
水面無線充電系統
針對這些問題帶來的侷限，歐卡智舶提出了一種全新的解決方案——水面無線充電系統。真正的突破了無人船能源補充所帶來的種種問題，實現了智慧無人船作業全過程的“無人化”。
歐卡水面無線充電系統
這一系統是一款模組化岸基充電裝置，應用於歐卡智舶SMURF系列無人駕駛船隻，能實現整個無人船充電過程的自動化、無人化，降低維護成本，使用安全便利。
▲歐卡水面無線充電系統
水面無線充電系統是長3米、寬3.4米的一個凹型平臺，採用鋁合金搭建而成，透過多根鋼柱與岸邊固定，能抵抗三級風浪的吹打。基站上還設有吊臂，能自動將已收集滿的垃圾倉提出並更換，實現清潔作業的自動化。
▲歐卡水面無線充電系統
整個系統採用整合化設計，最大系統輸出功率1000W，可以直接接入AC220V電壓，充電效率高於90%。無需水域基建，可直接安裝於各個場景水域中。
水面無線充電系統的優點
相較於傳統的無人船充電方案，其優點和效率的提升也是全方面的。
充電站入口設有自動滑軌，在無人船靠近後可以引導進入，最終自動連線到磁吸電極，就位後會啟動電磁卡扣，進一步固定船隻。其吸力可以達到180KG，在沒有指令的情況下，無人船會牢牢停泊在岸基中，具備防盜竊功能。
▲磁吸式自動校準
這一設計使得電極與船隻充電口準確連線，又不會存在裸露電極帶來的接觸風險，保證整個充電過程和停靠過程的安全和穩定。
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傳統無人船充電 |
歐卡無線充電 |
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充電期間船隻離線、空置 |
隨用隨充、自動斷電 |
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人工接入充電 |
自動返航、連線、充電 |
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電極裸露、電流大、有安全隱患 |
磁吸充電、無需插拔、線路封閉 |
▲無人船傳統充電方式與歐卡無線充電
此外，充電站和船隻電池均內建有智慧充電管理軟體，可以自主調節充電過程電流的大小，在滿電時自動斷電，保證充電過程的穩定和安全，整個充電過程自動化、無人化。
水面無線充電系統的難點
水面室外場景環境複雜多變，相較於陸地無線充電存在更大的技術挑戰和難點，歐卡針對各類問題提出相應解決方案。
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水面充電難點 |
歐卡方案 |
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流動水域精準返航 |
高精準自適應控制定位 |
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水汽影響嚴重 |
高密封性防水 |
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充電系統難以搭建 |
停泊、充電一體化 |
▲水面充電難點與歐卡方案
歐卡透過創新設計，將充電系統與停泊岸基相結合，並加入智慧化的控制系統，形成了一個多功能融合的水面無線充電系統。
構建無人船水域作業閉環
有了水面無線充電系統的加入後，歐卡已經構建起船隻清理作業、隨時補充能源、遠端控制及狀態檢視的水域智慧化作業閉環。
▲無人船水域作業閉環
在實際應用中，無人船可以按照以下流程來完成水域維護任務，僅需要工人定期來將船隻收集的垃圾運走，其餘的環節皆不需人工參與。
▲歐卡無人駕駛清潔船作業流程
在這套系統的加持下，不僅無人船清潔作業的頻次提高了，裝置的停機時間也大幅縮短。此外，無人船的工作時間不再受到工人工作時間的限制，即便是夜晚也可自動出動作業。
▲歐卡無人駕駛清潔船在夜間工作
未來思考
無人船作業新未來
自2019年11月起，歐卡水面充電系統已歷經多個版本迭代和修改，最終呈現出一套完整、成熟的自動充電系統。當前已經在武漢東湖國賓館、南京圖靈院、上海張江高科技園等多處水域投入使用。
▲歐卡水面無線充電應用點
歐卡無人船水面充電系統的推出，解決了智慧無人船續航這個關鍵的問題，補上了水面無人船作業真正無人化的最後一環。
這不僅對歐卡智舶意義重大，還為智慧無人船作業行業提供了一種全新的解決方案，以應對高頻剛需的作業場景下續航不足所帶來的效率降低和成本增加，必將為整個水面無人船行業帶來更多的思考。
