CN107672954A - 用于无人机物流的货箱吊舱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于无人机物流的货箱吊舱，属于无人机技术领域。采用内胆和外壳相结合的方案，货箱外壳底部为滚动机构，并且通过电子锁和限位器将货箱内胆限制在货箱外壳内部。该结构提供了无人机物流与地面作业进行衔接的途径，便于无人机进行物流运输尤其是集装运输，提高了自动化程度，减少了人工卸货带来的误操作事故，且具有多种灵活方便的实现方式，有效提高了无人机物流的作业效率。

Description

用于无人机物流的货箱吊舱
技术领域
本发明涉及一种货箱吊舱，具体地涉及一种挂载于无人机的货箱吊舱。属于无人机技术领域。
背景技术
随着无人机技术的发展，其使用领域不断增加，无人机在植保、物流、电力巡线等方面都执行大量的作业，无人机发展的下一个阶段即是无人机机器人，其高度自动化智能化可替代人工完成更多精细复杂的任务，其中物资的运输即物流是无人机的重要应用领域，我国部分农村地区已经开展无人机物流试点，然而其自主化程度很大程度上取决于货箱吊舱的结构，尤其是方便装卸且具有通用化模块化的货箱吊舱仍是一个需要解决的技术问题，货箱吊舱的自动化同时也决定了无人机物流效能和应用潜力。现有货箱吊舱多为人工挂载装卸，不利于智能化集中操作，且容易出现人为误操作，导致无人机受损、人员受伤或货物遗失等事故。无人机挂载的物资实现自动装卸有助于减少人力和误操作，对于实现高自主性和无人机物流具有至关重要的意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于无人机物流的货箱吊舱：
包括货箱内胆、货箱外壳、货箱固定机构、物流标签、锁定机构、通信模块、供电单元、中心控制器，其中，
货箱内胆，用于承载待运输的物资，货箱内胆是一个方形盒体；
货箱外壳，具有至少两端开口的方形盒体框架结构，其每条边框之间为固定连接；货箱外壳的底面设置有滚动机构，所述滚动机构由多个轴向平行的圆柱体构成，用于装卸货箱内胆，滚动机构的轴向垂直于货箱内胆进出货箱外壳的方向；
货箱固定机构用于将货箱外壳与无人机进行固定连接；
锁定机构，包括电子锁和限位器；其中限位器，用于将货箱内胆限制于货箱外壳内部，或使货箱内胆与货箱外壳的相对位置固定；限位器与电子锁相连接；电子锁，用于控制限位器的开合，即电子锁通过限位器实现货箱内胆与货箱外壳之间的锁定关系：当电子锁处于锁定状态时，货箱内胆与货箱外壳通过限位器进行位置锁定，当电子锁处于解锁状态时，货箱内胆可借助外力从货箱外壳内脱出；每个电子锁具有唯一id；
货箱外壳下方具有支脚，用于降落时进行缓冲以及确保在着陆状态下开启电子锁；支脚高度应满足触地时使得货箱外壳及其滚动机构离开地面；每个支脚还包括弹性缓冲机构和压力传感器，压力传感器通过通信模块与电子锁及中心控制器相连；只有在支脚触地的情况下，即弹性缓冲机构处于受压迫状态时，电子锁才处于可开启状态；
电子锁及压力传感器均与通信模块相连，通信模块与中心控制器相连；
电子锁的状态信息由通信模块发送给中心控制器，状态信息包括：电子锁id、当前处于解锁状态或锁定状态、解锁操作的时刻和锁定操作的时刻；
物流标签位于货箱内胆外表面，用于标识货箱内胆所承载的物资的物流信息，包括此次运输任务编号、收发地址、责任操作员的信息，物流标签信息同时也存储在中心控制器中；
中心控制器，用于控制各模块进行操作，及采集和接收各模块的数据信息和状态信息；中心控制器通过通信模块与无人机飞行控制器相连；
供电单元，用于为各部分提供电源。
工作流程包括：
卸货：当无人机降落于指定地点时，货箱外壳的支脚触地，弹性缓冲机构处于受压状态，压力传感器采集弹性缓冲机构当前压力状态后，通过通信模块发给中心控制器，中心控制器通过通信模块发送指令控制电子锁解锁，即各限位器离开货箱内胆；在外力作用下，沿着与滚动机构的轴向垂直的方向推动货箱内胆，使其从货箱外壳内脱出，完成卸货；
装货：将待运输的包裹装入空的货箱内胆中，更新货箱内胆的物流标签，将货箱内胆沿着滚动机构的轴向垂直方向推入货箱外壳内就位后，电子锁通过限位器将货箱内胆锁定在货箱外壳内，并通过通信模块发送锁定状态信息给中心控制器，由中心控制器通知无人机，货箱已准备就绪，等待起飞。
进一步地，
所述限位器是可以开合的杆状物或片状物，或者限位器为卡扣或插销结构。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的货箱吊舱采用内胆和外壳相结合的方案，便于无人机进行物流运输尤其是集装运输，该结构提供了无人机物流与地面作业进行衔接的途径，提高了自动化程度，特别适用于物流站点作业，减少了人工卸货带来的误操作事故，且具有多种灵活方便的实现方式，有效提高了无人机物流的作业效率。
附图说明
图1是实施例1的组成示意图；
图2是实施例1中，当货箱内胆脱出之后的货箱外壳的示意图；
图3是各部分与通信模块连接示意图；
图4是支脚示意图；
图5是对图2的锁定机构进行解锁之后的示意图；
图6是实施例2当货箱内胆处于锁定状态的组成示意图；
图7是一种锁定机构的实施方案，其中包括三个状态：解锁状态、过渡状态、锁定状态。
其中：1-货箱内胆、2-货箱外壳、3-货箱固定机构、4-物流标签、5-锁定机构、6-通信模块、7-供电单元、8-中心控制器、9-滚动机构、10-支脚、11-弹性缓冲机构、12-压力传感器、13-窗口。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明加以详细说明，同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
下面结合实施例对本发明所述一种用于无人机物流的货箱吊舱的具体实施方式进行描述解释：
实施例1：
所述货箱吊舱包括货箱内胆1、货箱外壳2、货箱固定机构3、物流标签4、锁定机构5、通信模块6、供电单元7、中心控制器8，其中，
货箱内胆1，用于承载待运输的包裹，货箱内胆1是一个方形盒体(上方开口的，可含盖或不含盖，不含盖的话，货箱外壳2需要顶盖)；
如图1和图2所示，货箱外壳2采用框架结构，也可以是只带有顶盖的框架，方便着陆后将货箱内胆1推出，其每条边框之间为固定连接；货箱外壳2的底面具有滚动机构9，所述滚动机构9由多个轴向平行的圆柱体构成，用于装卸货箱内胆1，滚动机构9的轴向垂直于货箱内胆1进出货箱外壳2的方向。
货箱固定机构3用于将货箱外壳2与无人机进行固定连接，使得货箱外壳2和无人机的相对位置固定。
锁定机构5，包括电子锁和限位器；限位器设置于货箱外壳2的顶部的边缘，用于将货箱内胆1固定于货箱外壳2内部，限位器与电子锁相连接，电子锁用于控制限位器的开合，即电子锁通过限位器实现货箱内胆1与货箱外壳2之间的锁定关系：当电子锁处于锁定状态时，货箱内胆1与货箱外壳2通过限位器进行位置锁定，即将货箱内胆1位置限制在货箱外壳2之内，并防止其脱出；当电子锁处于解锁状态时，货箱内胆1可借助外力从货箱外壳2内脱出；
本例中，锁定机构5采用活动端为杆状的限位器，每个限位器的转动轴固定在货箱外壳2顶盖边缘，当电子锁处于解锁状态时，限位器抬起，见图5；当电子锁处于锁定状态时，限位器落下，将货箱内胆1固定于货箱外壳2之内，见图2。
每个电子锁具有唯一id；
货箱外壳下方具有支脚10，如图1图2，用于降落时进行缓冲以及确保在着陆状态下开启电子锁(以防止坠落事故)；支脚10高度应满足当支脚10触地时使得货箱外壳2(含滚动机构9)离开地面(这样滚动机构9才可滚动)；每个支脚10还包括弹性缓冲机构11和压力传感器12，见图4，压力传感器12通过通信模块6与电子锁及中心控制器8相连，只有在支脚10触地的情况下，即弹性缓冲机构11处于受压迫状态时，电子锁才处于可开启状态；
如图3所示，电子锁及压力传感器12均与通信模块6相连，通信模块6与中心控制器8相连；
电子锁的状态信息由通信模块6发送给中心控制器8，状态信息包括：电子锁id，当前电子锁处于解锁状态或锁定状态、解锁操作的时刻和锁定操作的时刻；
物流标签4位于货箱内胆1外表面，用于标识货箱内胆1所承载的包裹的物流信息，包括此次运输任务编号、收发地址、货箱吊舱所承载的每个包裹的物流信息、责任操作员的信息，物流标签信息同时也存储在中心控制器8中；进一步地，物流标签4可以为电子标签，电子标签与每个物流任务信息一一对应；电子标签由中心控制器8根据物流信息生成；如二维码、RFID等，
进一步地，物流信息中的收件地址信息经中心控制器8发送给无人机飞行控制模块，用于进行路线规划。
中心控制器8，用于控制各模块进行操作，及采集和接收各模块的数据信息和状态信息。中心控制器8通过通信模块6与无人机飞行控制器相连。通信模块6包括有线和无线的方式。
供电单元7，用于为各部分提供电源；
进一步地，作为优选，还包括货箱内胆1的推出机构，用于在电子锁解锁状态下，当限位器离开货箱内胆后，将货箱内胆1从货箱外壳2中推出。推出机构可以设置在地面，也可以设置在货箱外壳，例如推出机构是由中心控制器8控制的转动电机和滚动机构9，转动电机与滚动机构9的各转动轴相连，用于在中心控制器的控制下使滚动机构9转动，从而将货箱内胆1从货箱外壳2中运出。
实施例1的工作流程：
卸货：当无人机降落于指定地点时，货箱外壳2的支脚10触地，弹性缓冲机构11处于受压状态，压力传感器12采集弹性缓冲机构11当前压力状态后，通过通信模块发给中心控制器8，中心控制器8通过通信模块6发送指令控制电子锁解锁，即各限位器离开货箱内胆1；在外力作用下(外力可以是人工，也可以是推出机构)，沿着与滚动机构9的轴向垂直的方向推动货箱内胆1，使其从货箱外壳2内脱出，完成卸货；
装货：将待运输的包裹装入空的货箱内胆1中，更新货箱内胆1的物流标签4，将货箱内胆1沿着滚动机构9的轴向垂直方向推入(也可以由推出机构完成)货箱外壳2内就位后，电子锁通过限位器将货箱内胆1锁定在货箱外壳2内，并通过通信模块6发送锁定状态信息给中心控制器8，由中心控制器8通知无人机，货箱已准备就绪，等待起飞。
进一步地，在非自动模式下，电子锁接收地面人员或者手持终端发来的指令后进行锁定操作或解锁操作；在自动控制模式下，电子锁感知货箱内胆1到位后，自动将其与货箱外壳2进行锁定。
实施例2：
如图6，货箱外壳2是具有两端开口的方形盒体框架结构，即开口的两侧具有护板。货箱外壳2开设有窗口13，窗口13面积大于等于货箱内胆1物流标签的面积，并且窗口13高度应保证当货箱内胆1安装到位后，货箱内胆1的物流标签刚好从窗口13露出。
进一步地，货箱内胆1外表面设有液晶屏幕，电子标签显示在货箱内胆的液晶屏幕上。
实施例3：
作为优选，所述货箱吊舱的货箱外壳2还包括货箱内胆位置传感器，与电子锁通过通信模块6相连，在装货时，当货箱内胆位置传感器获知货箱内胆1已经处于货箱外壳2内部并已到达预定位置时，中心控制器8控制电子锁进行锁定操作，将货箱内胆1锁定于货箱外壳2内。见图3。
实施例4：
作为优选，还包括与电子锁相配合的货箱解锁器(可人工或手动开启，电子锁与支脚相配合用于保证货箱只在下方有支撑时且地址正确时才可打开，防止高空坠物事故和货物误投丢失)，货箱解锁器通过通信模块6与中心控制器8相连，当无人机着陆后，支脚触地，压力传感器发送信号给中心控制器，中心控制器触发货箱解锁器启动，货箱解锁器扫描货箱吊舱的物流标签4，并将扫描的结果通过通信模块6发送给中心控制器8，中心控制器8与无人机飞行控制器通信获取当前位置信息，对物流标签的收货地址进行验证，若地址一致，通过验证后，中心控制器8发送指令给货箱解锁器，使其对电子锁进行解锁操作。
货箱解锁器也可以设置于降落区域，采用遥控等方式对电子锁进行解锁。
实施例5：
图7是锁定机构5的另一实施方案，采用了伸缩式折杆的结构，从上到下依次为锁定机构从解锁状态到锁定状态的三个状态示意图，也可以只保留前两个状态作为解锁状态和锁定状态。这里仅给出了锁定机构的其他实施方案的启示，并不限于杆状结构，也可以采用其他形状及其他实现方式。
此外，需要说明的是，每个地面停机位都具有无人机固定装置，用于将无人机固定于地面停机位上，防止在移动货箱内胆1时影响无人机的平衡。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换和替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于无人机物流的货箱吊舱，其特征在于，包括货箱内胆、货箱外壳、货箱固定机构、物流标签、锁定机构、通信模块、供电单元、中心控制器，其中，
货箱内胆，用于承载待运输的物资，货箱内胆是一个方形盒体；
货箱外壳，具有至少两端开口的方形盒体框架结构，其每条边框之间为固定连接；货箱外壳的底面设置有滚动机构，所述滚动机构由多个轴向平行的圆柱体构成，用于装卸货箱内胆，滚动机构的轴向垂直于货箱内胆进出货箱外壳的方向；
货箱固定机构用于将货箱外壳与无人机进行固定连接；
锁定机构，包括电子锁和限位器；其中限位器，用于将货箱内胆限制于货箱外壳内部，或使货箱内胆与货箱外壳的相对位置固定；限位器与电子锁相连接；电子锁，用于控制限位器的开合，即电子锁通过限位器实现货箱内胆与货箱外壳之间的锁定关系：当电子锁处于锁定状态时，货箱内胆与货箱外壳通过限位器进行位置锁定，当电子锁处于解锁状态时，货箱内胆可借助外力从货箱外壳内脱出；每个电子锁具有唯一id；
货箱外壳下方具有支脚，用于降落时进行缓冲以及确保在着陆状态下开启电子锁；支脚高度应满足触地时使得货箱外壳及其滚动机构离开地面；每个支脚还包括弹性缓冲机构和压力传感器，压力传感器通过通信模块与电子锁及中心控制器相连；只有在支脚触地的情况下，即弹性缓冲机构处于受压迫状态时，电子锁才处于可开启状态；
电子锁及压力传感器均与通信模块相连，通信模块与中心控制器相连；
电子锁的状态信息由通信模块发送给中心控制器，状态信息包括：电子锁id、当前处于解锁状态或锁定状态、解锁操作的时刻和锁定操作的时刻；
物流标签位于货箱内胆外表面，用于标识货箱内胆所承载的物资的物流信息，包括此次运输任务编号、收发地址、责任操作员的信息，物流标签信息同时也存储在中心控制器中；
中心控制器，用于控制各模块进行操作，及采集和接收各模块的数据信息和状态信息；中心控制器通过通信模块与无人机飞行控制器相连；
供电单元，用于为各部分提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种用于无人机物流的货箱吊舱，其特征在于，工作流程包括：
卸货：当无人机降落于指定地点时，货箱外壳的支脚触地，弹性缓冲机构处于受压状态，压力传感器采集弹性缓冲机构当前压力状态后，通过通信模块发给中心控制器，中心控制器通过通信模块发送指令控制电子锁解锁，即各限位器离开货箱内胆；在外力作用下，沿着与滚动机构的轴向垂直的方向推动货箱内胆，使其从货箱外壳内脱出，完成卸货；
装货：将待运输的包裹装入空的货箱内胆中，更新货箱内胆的物流标签，将货箱内胆沿着滚动机构的轴向垂直方向推入货箱外壳内就位后，电子锁通过限位器将货箱内胆锁定在货箱外壳内，并通过通信模块发送锁定状态信息给中心控制器，由中心控制器通知无人机，货箱已准备就绪，等待起飞。
3.根据权利要求1所述的一种用于无人机物流的货箱吊舱，其特征在于，限位器是可以开合的杆状物或片状物，或者限位器为卡扣或插销结构。
4.根据权利要求1所述的一种用于无人机物流的货箱吊舱，其特征在于，还包括货箱内胆的推出机构，用于在电子锁解锁状态下，当限位器离开货箱内胆后，将货箱内胆从货箱外壳中推出。
5.根据权利要求4所述的一种用于无人机物流的货箱吊舱，其特征在于，推出机构包括由中心控制器控制的转动电机和滚动机构，转动电机与滚动机构的各转动轴相连，用于在中心控制器的控制下使滚动机构转动，从而将货箱内胆从货箱外壳中运出。
6.根据权利要求1所述的一种用于无人机物流的货箱吊舱，其特征在于，还包括，与电子锁相配合的货箱解锁器，货箱解锁器通过通信模块与中心控制器相连；当无人机着陆后，支脚触地，压力传感器发送信号给中心控制器，中心控制器触发货箱解锁器启动，货箱解锁器扫描货箱吊舱的物流标签，并将扫描的结果通过通信模块发送给中心控制器，中心控制器与无人机飞行控制器通信获取当前位置信息，对物流标签的收货地址进行验证，若地址一致则通过验证，中心控制器发送指令给货箱解锁器，使其对电子锁进行解锁操作。
7.根据权利要求1所述的一种用于无人机物流的货箱吊舱，其特征在于，所述物流标签为电子标签，电子标签与每个物流任务信息一一对应；电子标签由中心控制器根据物流信息生成。
8.根据权利要求1所述的一种用于无人机物流的货箱吊舱，其特征在于，货箱外壳开设有窗口，窗口面积大于等于货箱内胆物流标签的面积，并且窗口高度应保证当货箱内胆安装到位后，货箱内胆的物流标签刚好从窗口露出。
9.根据权利要求1所述的一种用于无人机物流的货箱吊舱，其特征在于，每个地面停机位都具有无人机固定装置，用于将无人机固定于地面停机位上，防止在移动货箱内胆时影响无人机的平衡。
10.根据权利要求1所述的一种用于无人机物流的货箱吊舱，其特征在于，还包括，货箱内胆位置传感器，与电子锁通过通信模块相连，当货箱内胆位置传感器获知货箱内胆已经处于货箱外壳内部并已到达预定位置时，中心控制器控制电子锁进行锁定操作，将货箱内胆限制于货箱外壳内。
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