Theory and experiment of a non-radiative wireless power transfer method for a lane moving robot

Abstract

Today, the usage of robots is growing in the warehouses for automated organizing of goods and in the field for harvesting foods and other agriculture tasks. Many big resellers use robots in their distribution warehouses in an automated delivery system and, many manufacturers use them in their factories to transfer goods and components between production lines and warehouses integrated with enterprise resource planning (ERP) systems. A battery is needed such devices and, the battery size and capacity needed in such devices can be reduced thanks to WPT technology. It is useful for reducing environmental pollution resulted from disposing of batteries used for battery-operated vehicles and robots. With motivation for reducing battery size in robots, the main aim of the research is to find an alternative method of dynamic wireless power transfer to a moving object such as an electric vehicle or a robot that it moves on wheels on the floor. The well-known systems and their common series-connected/switched road embedded segment structures are discussed and challenged. Then, an alternative method of synchronization to the secondary resonance is presented. The suggested method eliminates switches between road-embedded coil units and makes the energy transition easy among units. This method shortens the length of the EMF radiative part of road embedded segments and the application is suitable for two-dimensional floor embedded structures for robot applications. The experimental and the simulation results are shared. The last chapter concludes thesis with discussion on the results of the thesis and future work.

Günümüzde, depolarda ürünlerin otomatik olarak organize edilmesi, tarım işleri ve gıdaların hasat edilmesi için robotların kullanımı artmaktadır. Birçok büyük dağıtım şirketinin depolarında otomatik bir dağıtım sisteminde robotlar kullanılmaktadır. Birçok üreticinin fabrikalarında malları ve malzemeleri üretim ile depolar arasında aktarmak için ERP sistemleriyle entegre robotlar kullanılmaktadır. Bu tür cihazlarda bataryaya ihtiyaç vardır ve dinamik kablosuz güç transfer (wireless power transfer - WPT) teknolojisi ile ihtiyaç duyulan batarya boyutu ve kapasitesi azaltılabilir. Ömrü biten bataryaların atılmasından kaynaklanan çevre kirliliğini azaltmak için fayda sağlayabilir. Robotlarda batarya boyutunu küçültme motivasyonuyla yapılan bu araştırmanın temel amacı, elektrikli araç veya zemin yüzünde tekerlekler üzerinde hareket eden bir robot gibi hareketli bir nesneye alternatif bir dinamik kablosuz güç aktarımı yöntemi bulmaktır. İyi bilinen sistemler ve bunların ortak seri bağlantılı ara güç anahtarlı yola gömülü segment yapıları tartışılmakta ve irdelenmektedir. Ardından, alternatif olarak önerilen ikincil rezonansa senkronizasyon yöntemi sunulur. Önerilen yöntem, yola gömülü bobin üniteleri arasındaki anhtarlarla geçişleri ortadan kaldırır ve üniteler arasında geçiş esnasında enerjilendirmeyi kolaylaştırır. Bu yöntem, yola gömülü bölümlerin elektromanyetik bozucu yayan kısmının uzunluğunu kısaltır ve uygulama, robot uygulamaları için iki boyutlu zemin gömülü yapılar için uygundur. Sonrasında simülasyon ve deney sonuçları paylaşılmaktadır. Son bölüm, tezin sonuçları ve gelecekteki çalışmalar hakkında tartışma ile tezi sonlandırmaktadır.