亞馬遜的Prime Air無人機引起轟動，甚至沒有服務。最近，該公司發布了一項在街道路燈柱上安裝擴展塢的建議（圖1），讓他們深入了解其開發團隊正在應對的后勤挑戰。作為轉移負載的地方，這些站點可以為交付計劃提供靈活性，并且可能更重要的是，車輛在繼續到最終目的地之前重新激活，等待下一個任務或返回基地的充電點。燈柱也方便地連接到電源。

圖1：亞馬遜已經確定高燈柱是Prime Air無人機的安全場所

自動駕駛汽車的精確對接

為了充電，自動駕駛汽車必須與對接站上提供的充電電極準確連接。亞馬遜的專利申請暗示了它可能正在考慮的安排類型（圖2）。

圖2：專利申請中的草圖表明了無人機可以連接到充電點。

要在對接之前定位車輛，可以選擇多種方案。現有的機器人對接系統提供了一些需要考慮的例子。

機器人真空吸塵器，如Roomba，已經上市一段時間了，并通過在清潔過程中監控電池狀況自動處理電池充電確定何時返回基站進行充電。基站發射紅外信標，Roomba鎖定此信號，在信號返回時將信標保持在其視野的中心。

開源ardumower機器人割草機項目采用略有不同的技術。當電池電壓低于指示需要充電的水平時，車輛將跟隨嵌入地面的周邊線路返回其充電站。通過準確地跟蹤導線，割草機到達對接站的入口處于合適的位置，以便被引導到碼頭內部與車輛表面上的充電墊接觸的電極。

視覺對準是另一個已在各種項目中展示的選項。制造商社區是一個機器人實驗的蜂巢，包括這個在線視頻，顯示如何使用前置攝像頭定位充電站并確保正確對齊。本演示中使用Raspberry Pi和Arduino計算機的機器人會多次停止調整對齊，并且每次都可以將其位置校正幾厘米。當車輛是懸停在塢站上方的空中無人機時，微調車輛位置可能會帶來更復雜的挑戰。陣風可能會增加進一步的復雜性。

無線充電是一種替代方案，目前由Skysense銷售的無人機著陸墊。無線充電已經可用于移動電話和電動車輛。如果發射器和接收器相隔最多幾厘米，則可以進行充電。通過將接收裝置引導到最佳位置或使用允許電力接收器自由定位的若干方法之一，可以實現更快的能量傳遞的更緊密定位。這些包括在充電板中構建多個線圈以僅在接收器附近產生磁場，或者將發射器線圈機械驅動到靠近接收器的位置。

中國黑龍江省哈爾濱工業大學的一個團隊利用線性霍爾傳感器結合視覺預對準和隨后的高精度對準，解決了自動對準可重構機器人系統模塊的挑戰。這個名為UBot的機器人可以根據需要重新安排模塊來重新配置自己，以執行各種任務，并且還可以在需要時通過更換有缺陷的模塊進行自我修復。傳感器模塊包含CCD視覺傳感器和四個線性霍爾傳感器，其位置對應于有源對接模塊中的磁體位置。模塊能夠向前和向側面移動，并且可以旋轉。 CCD傳感器用于目標采集并指導預對準階段。來自線性霍爾傳感器的信號然后用于控制精確定位，然后使用鉤機構完成對接過程。

對哈爾濱團隊的研究結果進行仔細檢查，可以深入了解視覺或磁性所面臨的挑戰對準。通過從CCD圖像中提取識別的特征，計算角度和線性偏移，并進行線性調整直到它們分別在3度和4毫米內，實現視覺對準。然后，活動模塊移近，直到捕獲的圖像占據視野的80％。然后視覺對準終止，并開始使用線性霍爾傳感器進行精確對準。 X，Y和角度校正是根據四個霍爾傳感器的輸出電壓計算出來的，與模塊配合面上的坐標有關，可以在兩個線性軸和2度角位移中精確定位模塊的精度大于1 mm。/p>

用于機器視覺應用的各種圖像傳感器或相機模塊可能能夠支持機器人應用中的視覺對準。安森美半導體NOIV1SN1300A是一款單色CMOS傳感器，集成了可編程增益放大器和10位模數轉換器，并提供4個LVDS串行輸出。還提供具有并行CMOS輸出的替代變體。像素陣列為1280 x 1024，最多可以編程8個特定感興趣區域，如果需要可以提供高幀率。

與數字霍爾傳感器不同，哈爾濱項目中使用的線性類型允許以高分辨率計算位移，從而允許重復的測量校正循環，最終導致精確對接。 Cherry LIN-11HAW等線性傳感器設計用于工業驅動和控制，以及汽車換檔位置檢測器，測量范圍高達45 mm，雙冗余輸出可提高可靠性。

設計出對準確度的要求？

利用現有的自動駕駛車輛對接和充電知識，可以考慮采用多種技術使無人機相對于對接的充電點定位自己站。采用輪式車輛的典型方法是將感應系統安裝在機器人上，利用機器人自身的智能和推進力來調整相對于固定碼頭的位置。然而，定位系統會增加機器人的重量，這在無人機應用中可能是不可接受的。對于亞馬遜來說，額外的重量可以轉化為減少承載能力和交付范圍。

無對準無線充電可提供最小化無人機上額外電子設備需求的解決方案。如果歐姆充電觸點是優選的，例如使用防水連接器，則具有內置機構以固定和重新定位無人機的更復雜的對接站可提供可行的替代方案。這可以像掛鉤和絞車一樣簡單，只需要無人機在標準位置提供“把手”和充電連接器。這可能有助于降低每架無人機的物料清單成本，并在必要時自由改變無人機設計;權衡是一個更復雜的擴展塢，可能需要定期維護。

結論

任何將自動駕駛汽車對接以進行電池充電的方法都需要準確定位?？梢钥紤]許多光學和磁性位置檢測技術，盡管在懸停期間將無人機對準在毫米精度內可能證明是困難的并且可能由于諸如風速快速變化的天氣條件而進一步復雜化。無線充電或創造性機械工程可以提供一種設計無人機本身的主動定位需求的方法。