CN106006101B - 一种无人机地面辅助货物装载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机地面辅助货物装载装置，装载装置包括：至少一个电源、人机接口、通信模块、控制器、货物升降机及其驱动器、吊环定位夹具及其驱动器和整体框架；其中整体框架是立方体结构，竖直方向至少分为两层，底板和顶层停机坪，底板和顶层停机坪之间通过多个支柱连接，顶层停机坪中心有窗口。基于本发明所公开的装载装置，无人机通过通信模块与该装载装置通信并定位降落于停机坪，货物由升降机输送穿过窗口到达无人机机载吊装装置，实现货物的自动吊装。
Description
技术领域
本发明涉及一种货物自动装载装置，更特别地说，是指一种针对使用无人机进行货物运输的自动装载装置。
背景技术
传统物流行业在运输阶段，主要采用有人驾驶载具进行货物的运载与配送，这种形式在地形复杂、路面交通不便的地区受到限制，运输效率降低，人力成本升高。另外，传统的依赖于人力驾驶载具的运输方式，运送时间难以进一步缩短，要实现例如一小时内的同城配送，即便付出高昂的人力成本，受限于城市交通拥堵等原因，也无法保证能够完成。
随着无人机技术的不断发展，在一些场合为了满足特定的需求，使用无人机对货物进行运载或配送逐渐成为了应用研究的热点。采用无人机运货可在很大程度上摆脱地形限制，如山脉、河流和峡谷等，也不再依赖地面陆路或水路交通状况，使要运送的货物能够快速、直接、高效和安全地抵达目的地。在偏远地区、受灾地区、紧急救援现场和城市快速运输等应用场景中，无人机运输技术将产生极大的经济和社会效益。
目前国内外相关研究机构和公司进行了一系列无人机运输货物技术的研究与试验。较为常见的是采用多旋翼或其他形式的可垂直起降飞机，通过在机体底部安装吊装货舱的形式，完成运送货物的任务。这一类的系统目前具有以下问题：
(1)大多数无人机运载系统，货物装载和卸载阶段，仍然需要人工的参与。 装载系统不具备自动化能力，需要人工手动将包裹或货物吊舱装到无人机机体上；无人机到达目的地后，也需要人工辅助，才能将货物从无人机上卸下。这样不但降低了整个运送流程的效率，也使得整个系统对环境依赖度大大增加。
(2)一部分具有自动装载和投放能力的无人机，对包裹适配性较差。受限于无人机有限的空间，载货机构对包裹的形状、大小都有严格限制，系统容错和适应能力也随之受限。
(3)一部分无人机采用与有人驾驶飞机类似的弹舱结构，系统复杂，重量大，占用资源多。虽然弹舱结构可实现货物自动装载与投放的功能，但对于无人机这种资源极其有限的飞行平台来说，实现弹舱结构需要付出高昂的成本。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种无人机地面辅助货物装载装置，包括：至少一个电源、人机接口、通信模块、控制器、货物升降机及其驱动器、吊环定位夹具及其驱动器和整体框架；其中整体框架为立方体结构，在竖直方向至少分为底板和顶层停机坪两层，底板和顶层停机坪之间通过多个支柱连接，顶层停机坪中心设有中心窗口，使货物能够穿过挂载在无人机上。
其中货物升降机由底座、升降杆和上托盘组成，底座安装在整体框架底板的水平中心位置，底座上表面与升降杆底部连接，升降杆分为至少两个部分，两部分之间能够以同轴约束自由运动，使杆体整体上可以自由伸缩，升降杆上安装有位置检测装置，可以检测杆的伸缩长度，升降杆顶部与上托盘连接，在底座固定的条件下，可使上托盘在行程范围内自由升降，上托盘设置有可调货物定位槽，对托盘上的货物进行定位。
其中停机坪处于整体框架的最顶层，是环形结构，停机坪环形形状和中心的所述窗口形状可根据无人机型号、大小和货物的外形尺寸进行定制，比如为圆形或者方形，窗口竖直投影面积至少要大过货物最大竖直投影面积。
其中人机接口与控制器通过信号线连接，控制器通过信号线与货物升降机驱动器和吊装定位夹具驱动器连接。控制器通过通信模块与无人机进行通信，人机接口可接受人工指令，触发系统工作，人机接口通过信号线与控制器通信，电源通过电力线给吊环定位夹具驱动器和货物升降机驱动器进行供电，货物升降机驱动器用于驱动货物升降机的上升或下降，货物升降机上托盘上表面有货物定位槽和吊环定位夹具，货物升降机底部安装在整体框架的底部托盘上，停机坪安装在整体框架顶部。
附图说明
图1是根据本发明实施例的地面辅助装载装置示意图；
图2是根据本发明实施例的无人机运输货物自动装载和投放系统示意图；
图3是根据本发明实施例的无人机运输货物自动装载和投放的过程示意图。
附图标记：
无人机101；
机载货物吊装模块102；
停机坪401；
中心窗口402；
整体框架403；
吊环定位夹具404；
货物定位槽405；
上托盘406；
电源407；
电力线408；
货物升降机驱动器409；
驱动货物升降机410；
吊环定位夹具驱动器411；
人机接口412；
信号线413；
底部托盘414；
控制器415；
通信模块416。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图详细描述根据本发明实施例的地面辅助装载装置。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的地面辅助装载装置可以包括：至少一个电源407、人机接口412、通信模块416、控制器415、货物升降机410及其驱动器409、吊环定位夹具404及其驱动器411和整体框架403；其中整体框架403为立方体结构，在竖直方向至少分为底板401和顶层停机坪两层，底板和顶层停机坪401之间通过多个支柱连接，顶层停机坪中心设有中心窗口402，使货物能够穿过挂载在无人机上。
其中货物升降机410由底座、升降杆和上托盘406组成，底座安装在整体框架底板的水平中心位置，底座上表面与升降杆底部连接，升降杆分为至少两个部分，两部分之间能够以同轴约束自由运动，使杆体整体上可以自由伸缩，升降杆上安装有位置检测装置，可以检测杆的伸缩长度，升降杆顶部与上托盘406连接，在底座固定的条件下，可使上托盘406在行程范围内自由升降，上托盘406设置有可调货物定位槽405，对托盘上的货物进行定位。
其中停机坪处于整体框架的最顶层，是环形结构，停机坪环形形状和中心的所述窗口形状可根据无人机型号、大小和货物的外形尺寸进行定制，比如为圆形或者方形，窗口竖直投影面积至少要大过货物最大竖直投影面积。
其中人机接口412与控制器415通过信号线连接，控制器415通过信号线与货物升降机驱动器409和吊装定位夹具驱动器411连接。控制器415通过通信模块416与无人机进行通信，人机接口412可接受人工指令，触发系统工作，人机接口412通过信号线413与控制器415通信，电源407通过电力线408给吊环定位夹具驱动器411和货物升降机驱动器409进行供电，货物升降机驱动器409用于驱动货物升降机的上升或下降，货物升降机上托盘406上表面有货物定位槽405和吊环定位夹具404，货物升降机410底部安装在整体框架403的底部托盘上，停机坪安装在整体框架顶部。
在其中一些实施实例中，电源407可以是市电插座、电池或发电机等。
在其中一些实施实例中，人机接口412可以是有线或无线的硬件触发装置，例如按键、旋钮或拨杆等，也可以是有线或无线的设备上的软件，例如手机或平板电脑的app、基于web的网页等。
在其中一些实施实例中，通信模块416可以是无线的通信设备，基于无线的通信协议，与通信模块302进行通信，使控制器415与控制器301能够进行 信息交换。
在其中一些实施实例中，货物升降机410的作动形式可以是电动、液压或气动的，相应的，驱动器409可以是电机驱动器、液压驱动系统或气压驱动系统。货物升降机410上托盘的货物定位槽405可以通过机械加工作为托盘实体的一部分，也可以通过外加调节装置安装于托盘406上。
在其中一些实施实例中，吊环定位夹具404的作动形式以是电动、液压或气动的，相应的，驱动器411可以是电机驱动器、液压驱动系统或气压驱动系统。吊环定位夹具404安装在货物升降机的上托盘406上。
在其中一些实施实例中，整体框架403的形状可以是规则或不规则的长方体或圆柱体等，材质可以是金属或非金属。
进行货物装载时，货物升降机410上托盘406处于较低的位置，即装货位，货物经过所述包装后，可放入货物升降机410上托盘406的定位槽405中，此时操作人员通过人机接口412向控制器416发送指令，在驱动器411的供能下，控制器416控制吊环定位夹具404，将货物包装袋上的所有吊环推送到指定位置。然后在驱动器409的供能下，控制器415控制货物升降机上托盘406升起，将货物托举到无人机机载吊架下方，即吊载位，货物从停机坪401的中心窗口402穿过，达到吊装位置后控制器415通过通信模块416向无人机发送指令，确认货物已经到位，可以对货物进行吊装，无人机将货物吊装运送到预定地点后对货物进行投放。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且， 描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (11)
1.一种无人机地面辅助货物装载装置，包括：至少一个电源、人机接口、通信模块、控制器、货物升降机及其驱动器、吊环定位夹具及其驱动器和整体框架；其特征在于：其中整体框架在竖直方向至少分为底板和顶层停机坪两层，底板和顶层停机坪之间通过多个支柱连接，顶层停机坪中心设有中心窗口，使货物能够穿过挂载在无人机上，货物升降机上托盘上表面有货物定位槽和吊环定位夹具；货物升降机由底座、升降杆和上托盘组成，底座安装在整体框架底板的水平中心位置，底座上表面与升降杆底部连接，升降杆分为至少两个部分，两部分之间能够以同轴约束自由运动，使杆体整体上可以自由伸缩，升降杆上安装有位置检测装置，可以检测杆的伸缩长度，升降杆顶部与上托盘连接，在底座固定的条件下，可使上托盘在行程范围内自由升降，上托盘设置有可调货物定位槽，对托盘上的货物进行定位；其中人机接口与控制器通过信号线连接，控制器通过信号线与货物升降机驱动器和吊装定位夹具驱动器连接；控制器通过通信模块与无人机进行通信，人机接口可接受人工指令，触发系统工作，人机接口通过信号线与控制器通信，电源通过电力线给吊环定位夹具驱动器和货物升降机驱动器进行供电，货物升降机驱动器用于驱动货物升降机的上升或下降，货物升降机底部安装在整体框架的底部托盘上，停机坪安装在整体框架顶部；所述整体框架是立方体或圆柱体结构；所述整体框架的材质是金属。
2.根据权利要求1所述的无人机地面辅助货物装载装置，其特征在于，人机接口是硬件触发装置。
3.根据权利要求1所述的无人机地面辅助货物装载装置，其特征在于，人机接口是按键、旋钮或拨杆。
4.根据权利要求1所述的无人机地面辅助货物装载装置，其特征在于，人机接口是手机或平板电脑上的客户端。
5.根据权利要求1所述的无人机地面辅助货物装载装置，其特征在于，货物升降机驱动器是电机驱动器、液压驱动器或气压驱动器。
6.根据权利要求1所述的无人机地面辅助货物装载装置，其特征在于，货物升降机上托盘的货物定位槽通过机械加工作为上托盘实体的一部分，或者通过外加调节装置安装于上托盘上。
7.根据权利要求1所述的无人机地面辅助货物装载装置，其特征在于，吊环定位夹具驱动器是电机驱动器、液压驱动器或气压驱动器。
8.根据权利要求1所述的无人机地面辅助货物装载装置，其特征在于，吊环定位夹具安装在货物升降机的上托盘上。
9.根据权利要求1所述的无人机地面辅助货物装载装置，其特征在于，其中停机坪处于整体框架的最顶层，是环形结构，停机坪环形形状和中心的所述窗口形状根据无人机型号、大小和货物的外形尺寸进行定制，窗口竖投影面积至少要大过货物最大竖直投影面积。
10.根据权利要求9所述的无人机地面辅助货物装载装置，其特征在于，所述窗口形状为圆形或者方形。
11.一种无人机货物自动装载与投放系统，包括：运送货物的无人机以及无人机地面辅助货物装载装置，其特征在于：所述地面辅助货物装载装置为权利要求1-10中任一项所述地面辅助货物装载装置。
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