CN105807791A - 一种采用无人机传递物件的系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用无人机传递物件的系统及其方法，包括收发巢、无人机以及控制台，解决了在传递物件过程中无人机自动寻找目标、自动交接物件的问题，其中收发巢是用户与无人机移交物件的装置，展开后形成一个便于无人机降落的小平台，且每个用户的收发巢编制有唯一的地址码，以便于无人机寻找，其中无人机飞行控制经历卫星导航和由收发巢进行测控降落的两个阶段，无人机通信方式采用与控制台的移动数字通信和与收发巢的点对点无线通信，并按收发巢地址码和无人机航程划分的每个片区中心附近设置一个服务站和一个控制台，便于本片区所配置的若干台无人机集中停放管理和统筹调度，从而实现城乡邮件一体化传递。
Description
技术领域
本发明涉及自动化物流技术领域，尤其涉及了一种采用无人机传递物件的系统及其方法。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，目前邮政(快递)行业所涉及的交通运输、网络数字化管理和分拣自动化设备越来越先进，但邮件投递还主要依赖人力，投递环节成了这一行业的自动化瓶颈。在社会逐渐老龄化的今天，就业人口越来越少，经济和生活水平却越来越高，同时人们倾向于越来越少的体力劳动，再加上因特网销售和支付平台的普及，邮政(快递)行业的邮递量将越来越大；另外随着各行各业人群收入的普遍提高，邮递员也不会例外，邮递员的收入提高但个人工作量不会相应增加，这表明邮递员的人工单价将越来越高。邮递工作是辛苦的体力活，其劳动生产力也期盼着与科技发展同步得到解放，因此诸多因素导致邮递人手将越来越紧缺，邮递费用居高不下，投递时间占用较长，投递速度难以进一步加快。
上述问题的解决的办法就是实现邮政(快递)行业自动化，投递手段智能机器化，目前业内开始研究采用无人机投递邮件。限于当前无人机的控制技术，无法实现对城市复杂居住环境居民的精确投递，再考虑到城市居民的居住密度高、往来邮件多、投送距离短，采用人工投递邮件在城市暂时还是最可行的方式。而乡村居住密度低，往来邮件少，设置邮政(快递)点在经济上不合理，就可以将无人机运用于偏僻乡村的邮件投递。但采用无人机对乡村居民投递邮件存在以下问题：一是无人机必须能在无人操作的条件下精确找到目标并自动交付物件；二是无人机必须能储存足够的能量(电能或燃料)，以满足乡村较远路程的飞行。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的就在于提供了一种采用无人机传递物件的系统及其方法，解决了无人机自动寻找、自动交付物件以及航程匹配的问题，实现城乡邮件一体化传递。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：
一种采用无人机传递物件的系统，包括收发巢、无人机以及控制台，所述收发巢设置有地址码、用于为无人机提供导航目标；所述无人机上设置有抓斗、无线通信设备、卫星导航设备以及定位测控模块；所述控制台包括计算机系统和控制台通信设备，控制台与收发巢进行通信，控制台与无人机进行通信。其中控制台与收发巢进行互联网数字通信，控制台与无人机进行无线数字通信。
其中每个收发巢都有唯一的地址码，地址码至少但不限于包含经度、纬度、高度和编号数据，比如还可以增加收发巢的朝向(包括东EE、南SS、西WW、北NN、东北NE、东南SE、西北NW、西南SW等各个朝向)特征数据，等等；为方便使用，地址码可以用代码的方式出现，按照代码从数据库取出地址码数据，以便无人机寻找目标；地址码还可以制作成条形码供用户方便使用。收发巢可安装在主人的阳台、窗口、门口或院落里；安装时同时测定和编制该收发巢的地址码数据予以保存，并发送至控制台保存。地址码数据中有了编号就可以在降低经度、纬度和高度的测量精度以及降低卫星导航精度的情况下，仍然能保证不重码，因为精度降低后有可能造成多个收发巢(位于同一幢大楼)具有相同的经度、纬度和高度现象，或者卫星导航设备无法区别多个相近收发巢的精确位置，这时就依赖用编号加以区分。可以将各家用户的收发巢按其地址码合理地划分成若干个区域，以使无人机的飞行路线最短，便于运营和管理。
所述无人机是一种具有避障功能的无人直升机，其中抓斗为轻型抓斗，并设置于无人机的下部，抓斗由电机驱动，可做张开或紧闭动作；所述无人机左右两侧的起落架底部均设有按压开关，用作稳定着落的确认；除正常的飞控设备外，无人机的卫星导航设备包括北斗、GPS或其它导航系统；所述无人机的无线通信设备包括与控制台的移动数字通信终端以及与收发巢的点对点无线通信模块；所述无人机的定位测控模块有超声波、红外线、激光、蓝牙和wi-fi等多种技术类型，其中超声波测控技术比较精确、简捷，抗干扰和天气适应能力也较好；所述定位测控模块分为两部分，一部分为信号源模块，另一部分为信号接收、转换、放大和计算模块，为了减轻无人机的负载，将简单而轻便的信号源模块安装在无人机上(为确保位置和姿势都正确，可安装两个信号源发射器，轮流发射脉冲信号)，而较复杂的那部分安装在收发巢上。所述无人机的数量根据市场业务需求配置，若干数量的无人机可集中停放在服务站，执行任务时，可以以服务站为起点直接飞向终端目标的收发巢，也可以先飞向第一个目标的收发巢，再以此为起点飞向终端目标，这由控制台发出的指令决定。
所述收发巢和无人机都安装有相应的测量、通信和协调控制系统。
所述控制台包括一种接入互联网的计算机系统和通信设备，可与收发巢通过互联网进行数字通信，也可与无人机进行无线数字通信，向其发送控制指令和接收其反馈信息；为了确保控制台与无人机之间通信的安全可靠性，通信设备可采用移动数字通信技术或移动互联网技术(包括微信、QQ和短信等移动通信技术的移植)，每个按收发巢地址码划分的区域设置一个控制台和一套相关移动通信设备，承担区域内收发巢和无人机的控制和通信。控制台安装有对应的系统，能从互联网接受网售平台的订单任务，并将订单任务分解成地址码指令、路径指令和起飞指令等发送给任何一台无人机。
作为一种优选方案，所述收发巢包括巢斗、主翼板、伸缩臂，所述巢斗的上部开有一敞口，所述主翼板设置于巢斗的敞口周边；所述伸缩臂的端部与巢斗固定连接，伸缩臂的根部固定连接于固定物或机构上；还包括电子模块，所述电子模块通过互联网实现电子通信、用于控制所述伸缩臂与主翼板的动作，并与无人机进行无线通信；还包括无人机位置测控设备，用于对无人机进行位置测量和控制。所述收发巢的机械结构要考虑到无人机降落时的“地面效应”；所述电子模块包含计算机系统和无线通信模块，其中路由器可为无线或有线路由器，无线通信模块实现与无人机的点对点无线数字通信，还可实现无线加密通信，该无线加密通信包括但不限于无线局域网加密通信技术和滚动码加密通信技术，并通过电动推杆或液压推杆控制伸缩臂和主翼板动作。
作为一种优选方案，所述无人机位置测控设备包括超声波、红外线、激光、蓝牙、wi-fi模块的一种或多种；所述无人机位置测控设备至少有三个，且无人机位置测控设备与电子模块电路连接，其中至少三个无人机位置测控设备分别安装于巢斗的敞口边缘和主翼板的端部外侧边缘；所述无人机位置测控设备对靠近收发巢的任务无人机的位置和姿势进行测量和控制，且无人机位置测控设备具有超声波、红外线、激光、蓝牙和wi-fi等多种技术类型，并与无人机所带的定位测控模块相互配合完成无人机的姿势和精准位置测控。
作为一种优选方案，还包括有显示屏，用于显示画面、数据及进行操作。
作为一种优选方案，所述伸缩臂为带铰链式伸缩臂，且伸缩臂通过伸缩臂固定端铰链和伸缩臂中间铰链实现水平伸展或缩回；所述伸缩臂还可以为多节连杆式伸缩臂或平行摇杆式伸缩臂或套管伸缩节式伸缩臂，用于实现水平方向伸缩或上、下伸缩，其中伸缩臂展开的全长度和主翼板的尺寸根据无人机降落所需要的空间决定。
作为一种优选方案，所述主翼板的端部连接有副翼，所述副翼与主翼板同步展开形成一无人机的停机坪或者同步收起外翻于巢斗外侧或者同步收起形成一巢斗的盖板。
本发明还提供了一种采用无人机传递物件的方法，包括如下步骤：
(1)所述无人机接到控制台发来的指令后按照地址码数据在卫星导航设备的引导下飞向收发巢，并在接近收发巢时向收发巢的地址码发送呼叫信号；
(2)所述收发巢接收步骤(1)中的呼叫信号，同时发出应答信号，使无人机由卫星导航模式切换到位置测控模式；
(3)所述无人机的定位测控模块与收发巢相互配合，通过测定无人机的位置坐标进行三维姿态控制，使其按正确的姿势准确降落在收发巢上，再张开抓斗，向收发巢内投放或抓取物件；
(4)当获得确认后，无人机重新起飞返程或执行新任务；
(5)所述收发巢显示包含投/取物件完成的信息，并通过控制台发送信息。
作为一种优选方案，所述步骤(2)中所述收发巢收到信号后伸展伸缩臂，展开主翼板，打开无人机位置测控设备。
作为一种优选方案，所述步骤(3)中收发巢通过无人机位置测控设备与无人机的定位测控模块相互配合。
作为一种优选方案，所述步骤(5)中收发巢在显示包含投/取物件完成的信息的同时收起主翼板、缩回伸缩臂与巢斗。
本发明的无人机接到控制台发来的指令后按照地址码数据在卫星导航设备的引导下飞向目标的收发巢，并按时将自己的位置反馈给控制台，在接近目标的收发巢时(相距一定的距离，但已进入目标收发巢的位置测控范围)向目标的地址码发送呼叫信号；目标的收发巢收到信号后伸展伸缩臂，展开主翼板，打开无人机位置测控设备，同时发出应答信号开始点对点无线通信，使无人机由卫星导航模式切换至定位测控模式，无人机的定位测控模块与收发巢的无人机位置测控设备相互配合，通过测定无人机的位置坐标进行三维姿态控制，定位测控模块测出的无人机位置坐标经计算机自动计算后，将需要的位移指令经编码后通过无线电信号发送给无人机，信号经调制解调后传送执行，实现精确测控，使无人机按正确的姿势到达收发巢上方的目标点位置，然后准确降落在主翼板上，当无人机左右两侧的起落架底部均触碰到主翼板时，触动起落架底部的按压开关，多个开关同时接通电源，表示已准确降落在目标点上；无人机降稳在收发巢上后便张开抓斗，向巢斗内投放或抓取物件，同时获取或发送确认信号，或在无人机重新起飞的瞬间拍摄收发巢内放置物件的照片或视频作为确认证据；无人机重新起飞后在卫星导航设备的引导下返程或执行新任务，同时收发巢收回主翼板、缩回伸缩臂和巢斗、显示包含投/取物件完成的信息，并通过互联网和/或控制台向主人手机或其它设备发送类似信息。
本发明在服务覆盖的所有区域按收发巢地址码和无人机航程划分片区，在每个片区靠近中心位置设置一个服务站，本区域所配置的若干台无人机集中停放在服务站，便于统筹调度，也便于统一管理和维护，每个片区设置一个控制台。
因此，本发明采用无人机传递物件的系统包含收发巢及其地址码，其中无人机飞行姿态控制经历两个阶段：第一阶段是卫星导航，第二阶段是由收发巢来进行定位测控、引导降落；无人机通信方式则有两种：第一种是与控制台的移动数字通信，第二种是与收发巢的点对点无线通信；控制台与收发巢之间则采用互联网数字通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明解决了在传递物件过程中无人机自动寻找目标、自动交接物件的问题，其中收发巢是用户与无人机移交物件的装置，展开后形成一个便于无人机降落的小平台，且每个用户的收发巢编制有唯一的地址码，以便于无人机寻找，其中无人机飞行控制经历卫星导航和由收发巢进行测控降落的两个阶段，无人机通信方式采用与控制台的移动数字通信和与收发巢的点对点无线通信，并按收发巢地址码和无人机航程划分的每个片区中心附近设置一个服务站和一个控制台，便于本片区所配置的若干台无人机集中停放管理和统筹调度，从而实现城乡邮件一体化传递。
附图说明
图1是本发明的系统示意图；其中收发巢与无人机之间的斑马线双向箭头表示无线数字通信或滚动码加密通信，无人机与控制台之间的斑马线双向箭头表示移动数字通信或移动互联网通信，控制台与收发巢之间的空心双向箭头表示互联网通信；
图2是本发明中收发巢的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例：
如图1所示，一种采用无人机传递物件的系统，包括收发巢1、无人机2以及控制台3，所述收发巢1设置有地址码、用于为无人机2提供导航目标；所述无人机2上设置有抓斗、无线通信设备、卫星导航设备以及定位测控模块；所述控制台3包括计算机系统和控制台通信设备，控制台与收发巢1进行通信，控制台3与无人机2进行通信；其中无人机2带有雪橇式起落架，图中的收发巢1已伸展开来，用于迎接无人机2的降落。
如图2所示，所述收发巢1包括巢斗11、主翼板13、伸缩臂12，所述巢斗11的上部开有一敞口，所述主翼板13设置于巢斗11的敞口周边；所述伸缩臂12的端部与巢斗11固定连接，伸缩臂12的根部固定连接于固定物或机构上；
还包括电子模块14，所述电子模块14通过互联网实现电子通信、用于控制所述伸缩臂12与主翼板13的动作，并与无人机2进行无线通信；其中电子模块14通过路由器接入互联网实现电子通信。
还包括无人机位置测控设备16，用于对无人机2进行位置测量和控制；
还包括有显示屏15，用于显示画面、数据及进行操作；其中显示屏15与电子模块14作一体化设置。
本发明优选所述无人机位置测控设备16为超声波传感器，且超声波传感器的个数不少于3个；所述超声波传感器安装于巢斗11的敞口边缘和主翼板13的端部外侧边缘，且超声波传感器与电子模块14电路连接。
本发明优选所述伸缩臂12为带铰链式伸缩臂，且伸缩臂12通过伸缩臂固定端铰链17和伸缩臂中间铰链18实现水平伸展或缩回。
本发明优选所述主翼板13的端部连接有副翼19，所述副翼19与主翼板13同步展开形成一无人机2的停机坪或者同步收起外翻于巢斗11外侧或者同步收起形成一巢斗11的盖板，图中主翼板13与副翼19已展开，其中副翼19可由电动推杆或液压推杆驱动实现展开或收起。
本发明优选所述所述巢斗11内设置有弹出机构或顶出机构，方便将物件弹出或顶出。
具体实施时，所述收发巢1的伸缩臂12的根部固定连接于固定物或机构上，其中固定物或机构为建、构筑物，当固定物或机构作上下或水平运动时可以带动伸缩臂12作复合运动；其中电子模块14包括计算机系统、有线和/或无线网卡、遥控发射机，用于实现与与互联网数字通信以及与无人机2的点对点无线通信；其中显示屏15具有数据、画面显示和触摸操作功能，安装在室内；无人机位置测控设备16采用超声波定位技术，安装不少于3个超声波传感器，根据所接收到无人机2发射的超声波的时间差采用一定的算法，由计算机自动计算出无人机的位置坐标，再计算这些坐标数据与目标坐标数据的偏差，这些偏差信号经编码器编码，再经遥控发射机调制成射频信号发送给无人机。
为用户安装收发巢1时，需要测定和编制地址码。地址码的编制方法：收发巢1地址码数据暂时考虑包含经度、纬度、高度、朝向和编号数据，每两种数据之间用斜杠(/)隔开，可写成“经度/纬度/高度/朝向/编号”。东经和北纬分别用E和N表示，西经用W表示，南纬用S表示；经纬度数据包含度(°)、分(′)、秒(″)；经度单位“度”采用3位数，纬度单位“度”采用2位数，单位“分”采用2位数；单位“秒”最好能保留1位小数点(小数点本身可省略)，即采用3位数表示，使其距离误差控制在3米；高度单位用米就具有足够精确度了，可采用3位数；朝向统一采用2个字符，比如“东”采用“EE”表示；编号采用3位数就足够了。中国区域的地址码数据具体可写成“E度(3位数)分(2位数)秒(3位数)/N度(2位数)分(2位数)秒(3位数)/米(3位数)/朝向(2字符)/编号(3位数)”。举例：苏州某栋建筑9楼朝南的一个阳台，其收发巢1地址码可编制成E12015308/N3108125/026/SS/006，表示东经120°15′30.8″，北纬31°08′12.5″，高度26米，朝向朝南，编号006。这种地址码数据太长，为方便使用，地址码可以用代码的方式出现，每一个地址码使用一个较为简单的代码(可以采用单纯的数字码，也可以采用字符和数字混合码)来表示，按照代码从数据库取出地址码数据，以便无人机2寻找目标，也方便用户使用。地址码还可以制作成条形码供用户方便使用。
所述无人机2为市场采购具有自动避障功能的4旋翼无人直升机，下部配置抓斗，机身带有北斗导航设备和移动通信终端设备，配置由两个信号源的超声波发生器组成的定位测控模块，无人机2与收发巢1之间的通信采用无线电数字通信模块或采用滚动码(或循环码)遥控发射模块；所述无人机2的左右两侧的起落架底部各装有按压开关，只要两个起落架底部均触碰到主翼板，即触动到起落架底部的按压开关，多个开关同时接通电源，表示已准确降落在目标点上；所述抓斗由电机驱动，可做张开或紧闭动作，起落架底部开关呈“与”的关系接通时，则抓斗动作，完成物件移交；所述无人机2的移动通信终端设备承担与控制台3的通信，随时接收控制台3发送来的指令，并将指令传送给飞行控制模块，同时将无人机2的位置信号定时反馈给控制台3；其中滚动码遥控发射模块采用100米433MHz发射机和HCS301编码器，实现无人机2与收发巢1的加密通信；其中两个超声波发射头对称安装在无人机2前进方向的两侧，无人机2的数量根据市场业务需求配置。
所述控制台3主要由接入互联网的计算机系统和移动通信设备所构成，通过互联网与收发巢1进行通信，通过无线电直接与无人机2进行移动通信。控制台3安装有对应的系统，能从互联网接受网售平台的订单任务，并将订单任务分解成地址码指令、路径指令和起飞指令发送给某一台无人机2；当需要加密时，控制台3在发送任务指令时，给受令无人机2和目标的收发巢1同时也发送一个同步码(每次更新)，与写在芯片EPROM的密钥代码经加密算法后，使收发巢1和无人机2在定位测控模式时实现点对点加密通信。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种采用无人机传递物件的系统，其特征在于：包括收发巢、无人机以及控制台，所述收发巢设置有地址码、用于为无人机提供导航目标；所述无人机上设置有抓斗、无线通信设备、卫星导航设备以及定位测控模块；所述控制台包括计算机系统和控制台通信设备，控制台与收发巢进行通信，控制台与无人机进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种采用无人机传递物件的系统，其特征在于：所述收发巢包括巢斗、主翼板、伸缩臂，所述巢斗的上部开有一敞口，所述主翼板设置于巢斗的敞口周边；所述伸缩臂的端部与巢斗固定连接，伸缩臂的根部连接于固定物或机构上；
还包括电子模块，所述电子模块通过路由器接入互联网实现电子通信、用于控制所述伸缩臂与主翼板的动作，并与无人机进行无线通信；
还包括无人机位置测控设备，用于对无人机进行位置测量和控制。
3.根据权利要求2所述的一种采用无人机传递物件的系统，其特征在于：所述无人机位置测控设备包括超声波、红外线、激光、蓝牙、wi-fi模块的一种或多种，且无人机位置测控设备与电子模块电路连接。
4.根据权利要求2所述的一种采用无人机传递物件的系统，其特征在于：还包括有显示屏，用于显示画面、数据及进行操作。
5.根据权利要求2所述的一种采用无人机传递物件的系统，其特征在于：所述主翼板的端部连接有副翼，所述副翼与主翼板同步展开形成一无人机停机坪或者同步收起外翻于巢斗外侧或者同步收起形成一巢斗的盖板。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种采用无人机传递物件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)所述无人机接到控制台发来的指令后按照地址码数据在卫星导航设备的引导下飞向收发巢，并在接近收发巢时向收发巢的地址码发送呼叫信号；
(2)所述收发巢接收步骤(1)中的呼叫信号，同时发出应答信号，使无人机由卫星导航模式切换到位置测控模式；
(3)所述无人机的定位测控模块与收发巢相互配合，通过测定无人机的位置坐标进行三维姿态控制，使其按正确的姿势准确降落在收发巢上，再张开抓斗，向收发巢内投放或抓取物件；
(4)当获得确认后，无人机重新起飞返程或执行新任务；
(5)所述收发巢显示包含投/取物件完成的信息，并通过控制台发送信息。
7.根据权利要求6所述的一种采用无人机传递物件的方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述收发巢收到信号后伸展伸缩臂，展开主翼板，打开无人机位置测控设备。
8.根据权利要求6所述的一种采用无人机传递物件的方法，其特征在于：所述步骤(3)中收发巢通过无人机位置测控设备与无人机的定位测控模块相互配合。
9.根据权利要求7所述的一种采用无人机传递物件的方法，其特征在于：所述步骤(5)中收发巢在显示包含投/取物件完成的信息的同时收起主翼板、缩回伸缩臂与巢斗。
10.根据权利要求6所述的一种采用无人机传递物件的方法，其特征在于：在服务覆盖的所有区域按收发巢地址码和无人机航程划分片区，在每个片区靠近中心位置设置一个服务站，本区域所配置的无人机集中停放在服务站，每个片区设置一个控制台。
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