CN108177778B - 标准快递连续投放无人机、批量投放模型及投放方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种标准快递连续投放无人机、批量投放模型及投放方法，其中，该无人机的机舱模块进行了改进，所述机舱本体内设有若干内仓，内仓为放置标准快递信封的空间，在每一个内仓的下方活动连接舱门，气缸上端安装在所述机舱本体侧面，气缸下端顶靠在所述舱门上，气缸充气状态下，气缸的下端顶紧舱门对内仓底部形成封堵，气缸放气状态下，舱门打开。本发明利用无人机实现具有一定高度的空中投放快递，无人机无需降落，一次航程中完成多次、连续投放，节省大量的时间。据测算，每一单的配送，可以节省能耗10％左右的电能消耗，节省数倍的配送时间，对于提升配送效率降低配送成本具有很大的现实意义。

Description

标准快递连续投放无人机、批量投放模型及投放方法

技术领域

该发明涉及无人机运输货物技术领域，尤其是一种快递的终端投放无人机、投放模型及投放方法。

背景技术

无人机送快递将是快递发展行业的终极目标，也是未来解决快递行业最后一公里的有效手段。以快递业为例，标准快递是指，采用标准信封的快递，通常为A4纸大小的文件信封，这类块的特点是，标准化程度好，重量轻(通常单个信封重量小于50g)，非常适合无人机进行配送。但是由于标准快递信封每次只能投递一个，效率低，所以目前的无人机投递应用较少。

基于目前的新闻报道，目前的无人机在快递行业中的应用场景如下：

发货人员将快递信封放置在无人机的机舱中，然后无人机自程序控制下飞往卸货地点，起飞自快递配送车开始，当无人机抵达卸货地点后降落并卸货，在整个过程中涉及起飞(高度提升)、高空水平飞行、降落至卸货平台(高度下降)、卸货、复飞等几个环节，且每次只能投放一个标准快递，效率非常低下。

同时，根据物理学常识，无人机在起飞阶段由于是负重起飞，需要克服地球引力，所以起飞速度降低，消耗的时间也最多。

目前解决的方案是，一是加大无人机旋翼模块的电机功率或者增加旋翼模块的数量，也就是使用大功率的无人机，提升起飞功率和时间，但是这种方式带来的新问题就是，增加了能源的消耗，降低了续航里程。二是增加蓄电池的容量，也就是使用更多的锂电池组来解决，带来续航里程的同时，缺点是牺牲了可载货物的重量，三是提高无人机的飞行速度来提高配送效率，缺点是，能耗较高，需要强大的锂电池提供能量。

同时，在上述应用场景中，机舱中只能放置一个快递，没有考虑快递的大小，应用效率较低。

目前给出的解决方案是，采用批量分拣，也就是同一单位或者同一人的快递信件放置在一起，进行批量投递。缺点是，灵活性较低，不能满足投递要求的机动、灵活的要求。

所以现有的技术方案，都没有从根本上解决现有无人机配送的难题。

本发明改变传统的配送模式，研究一套空中投放技术，实现快递的空中连续、批量投放，尤其是无人机适用标准快递的连续、批量投放。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种标准快递连续投放无人机及快递批量投放方法，实现低能耗的空中精准、连续、批量投放，尤其是针对以文件为主的标准快递信封，实现一次航程多点配送，用于提高投放效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

标准快递连续投放无人机，包括井字形框架、支撑腿、旋翼模块、动力电池与飞行控制系统模块、扫描摄像头模块和机舱模块，其特征在于，所述机舱模块包括机舱本体、内仓、舱门和气缸，其中，轻质材料的所述机舱本体内设有若干内仓，内仓为放置标准快递信封的空间，在每一个内仓的下方活动连接舱门，气缸上端安装在所述机舱本体侧面，气缸下端顶靠在所述舱门上，气缸充气状态下，气缸的下端顶紧舱门对内仓底部形成封堵，气缸放气状态下，舱门打开。

所述气缸上设置有单向进气电磁阀和单向排气电磁阀，多个气缸上的单向进气电磁阀通过气管串联，气源为配送车上自带的压缩空气泵。

所述舱门是对内仓进行封堵的盖板，通过圆销进行铰接连接在侧壁上。

在气缸所在的机舱本体的侧面设置有竖向的凹槽。

所述舱门上对应进行数字编码。

在无人机的支撑腿部位设置有两个相对对称设置的L形固定板，所述机舱模块卡在两个固定板之间的空间中。

所述机舱本体为长方体形状的发泡塑料体，并在外表面复合有强化层。

利用无人机进行快递批量投放的模型，其特征在于，包括

快递配送车，其中所述快递配送车上装配有无人机提升装置，所述提升装置用于将无人机进行高度提升；

无人机，为标准快递连续投放无人机；

和收件箱，所述无人收件箱上设置有收件人信息的地址二维码。

利用无人机进行快递批量投放的方法，其特征在于，按顺序进行以下步骤：

步骤一，将快递配送车开到待配送区域内，利用无人机上的扫码系统对快递进行扫码，获得快递的配送地址等信息，并将快递按照提示放置在对应的内仓中，依次完成所有内仓的标准快递的装机，提升设备将无人机提升至顶部；

步骤二，无人机通过触发元件或者扫码或者接受控制系统指令的方式获得起飞指令，接受起飞信号后，无人机启动并起飞，达到投放点附近时，调整飞行状态，以便于扫描地址二维码；

步骤三，无人机下降高度至收件箱上方合理扫描高度后，无人机通过扫描系统扫描无人收件箱上的地址二维码，确认地址与无人机系统内记录的地址是否一致，若一致，对应的内仓上的气缸放气，舱门打开，进行空投，快递被投放至无人收件箱内部；

步骤四，无人机飞向下一个投放点，重复步骤三中的动作，直至完成所有快递的配送，无人机按照程序设计路线返回快递配送车。

该方法适用于标准快递信封的送达。

本发明的有益效果是：

利用无人机实现具有一定高度的空中投放快递，无人机无需降落，在一次航程中实现多点连续投放，提高投放效率，投放后可直接返航，节省大量的时间。据测算，每一单的配送，可以节省能耗10％左右的电能消耗，节省数倍的配送时间，对于提升配送效率降低配送成本具有很大的现实意义。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为无人机立体图(带机舱)。

图3为图2的剖视图。

图4为无人机立体图。

图5为机舱的立体图(正面)。

图6为机舱的立体图(背面)。

图7为机舱的侧视图。

图8为机舱的全剖视图。

图9为舱门打开状态。

图10为无人收件箱立体图。

图11为本发明的使用状态。

图12为图11中A--A局部剖视图。

图13为图11中B--B局部剖视图。

图14为提升设备与车厢的结合示意图。

图中：100提升设备,110摆动构架，111滑动槽，112转动件，113蜗杆，120滑块，130提升平台，140钢丝绳，150收绳轮，161第一直流电机，162第二直流电机，171挡块，172紧固螺栓，

200无人机,210井字形框架,220支撑腿,230旋翼模块,240动力电池与飞行控制系统模块,250扫描摄像头模块,260机舱模块，

261机舱本体，262内仓，263舱门，2631锁紧槽，264气缸，2641单向进气电磁阀，2642单向排气电磁阀，265凹槽，

270固定板，271紧固螺钉，

300无人收件箱，310地址二维码，

400车厢。

具体实施方式

基本思路介绍：

基于传统的无人机配送快递过程中，从配送时间上分析，其时间主要消耗在无人机起飞和降落阶段，且每次只能配送一单，配送效率低。本发明通过连续投放可以实现一次多单派送，且投递采用空投的方式进行，可以有效节省时间。从配送耗能上看，无人机起飞阶段需要消耗大量的电能，也就是说，无人机在起飞阶段需要克服货物本身和无人机本身的重量，根据公式:E_p＝mgh,可知，无人机电能的消耗与自重、货物重量和起飞高度有关，通常锂电池中的电能转换为无人机做工的利用效率只有30％左右，所以本阶段消耗了无人机的大量电能。在无人机配送快递时，无人机需要降落后复飞，能耗较大，本发明就是从这两个方面解决现有技术中存在的技术问题。

根据图1所示，

本发明中，基于一定范围内的无人机配送快递业务，所谓的一定范围通常指比较小于无人机的正常续航范围，例如2公里范围内，对应国内的范围通常为一个工业园区，或者CBD写字楼集中区，或者一个居住片区，根据国内的居住和办公现状，该一定范围有限选择2公里的范围内进行配送。标准快递以文件快递为主，下面结合其具体的配送过程进行详细的说明。

首先，需要在配送范围内配备一辆箱式货车，作为快递配送车。配送车上装配有无人机提升装置，该提升装置具备如下能力：将无人机进行高度提升，该高度通常为5米左右的高度，以便于无人机的释放与起飞，但也不是绝对的。

无人机200装载标准快递是由人工分拣完成的，标准快递装机后由提升设备对无人机进行高度提升，提升过程中能量的消耗由无人机供电系统以外的车载电源提供，本过程不消耗无人机自身电量。

达到预定高度后，无人机200被释放和起飞，无人机进行水平飞行，处于低耗能的巡航状态，当无人机飞到投放点上方约2米位置后调整姿态，通过空投的方式释放快标准快递，实现不着陆投放，投放一个快递后，可以进行下一个快递的投放，实现连续的投放，在投放的过程中，通过，投放后无人机即可返回。

无人机自动投放功能介绍，参考图2和图9，无人机200包括井字形框架210、支撑腿220、旋翼模块230、动力电池与飞行控制系统模块240、扫描摄像头模块250和机舱模块260，其中的井字形框架为无人机的骨骼框架，用来固定其他模块，动力电池与飞行控制系统模块安装在井字形框架中，且使用外壳防护，减小飞行过程中的风阻。旋翼模块安装在井字形框架的周围，尤其是转角处，通过设置的8个旋翼模块230为无人机提供动力。

机舱260包括机舱本体261、内仓262、舱门263和气缸264，其中，机舱本体261为长方体形状的，采用发泡塑料制作，并在外表面复合有强化层，强化层为塑料壳，提高整体强度。在机舱本体261内预留有若干内仓，内仓262为竖向设置的窄空间，长度大于标准快递的长度，也就是说，标准快递信封可以竖向的放置在内仓中，每个内仓放置一个标准快递信封。在每一个内仓262的下方设置一个舱门263，所谓的舱门是指对内仓进行封堵的盖板，通过圆销进行铰接连接在侧壁上，对应的在机舱本体的侧面设置有竖向的凹槽265，在凹槽内安装有气缸264，气缸为竖向设置，气缸上端铰接连接，下端自由，且与舱门上的锁紧槽2631进行配合，当气缸264内充满气体后，气缸的下端顶在锁紧槽内，并形成锁紧，锁紧后的舱门对内仓底部形成封堵。在气缸264上设置有单向进气电磁阀2641和单向排气电磁阀2642，其中单向进气电磁阀用于向气缸内充气，单向排气电磁阀用于排出气缸内的气体，充气后的气缸使得舱门处于关闭状态，放气后的气缸使得舱门处于打开状态。

上述的同一侧的多个气缸上的单向进气电磁阀2641通过气管串联，形成一个统一的充气通道，气源使用配送车上自带的压缩空气泵，对气缸进行充气。

进一步地，舱门上对应进行数字编码，也就是说赋予每一个内仓一个数字代码，形成数字化，无人机的控制系统进行数字化管理，可以精准的控制每个舱门的开启。

对应的，在无人机200的支撑腿220部位设置有两个相对对称设置的L形固定板270，上述的机舱卡在两个固定板之间的空间中，并在两侧使用紧固螺钉271进行紧固，可以方便的对机舱进行拆装作业。

提升设备位于箱式货车的一侧，下面介绍提升设备100的结构，参考图11至图14。

包括蜗杆、摆动构架110、滑块120、提升平台130、钢丝绳140、收绳轮150和第一直流电机161、第二直流电机162等，其中，摆动构架110采用采用口字型的型材改造，并在型材的一侧开滑动槽111，摆动构架110的下端焊接固定一个转动件112，转动件为圆形，在转动件通过圆轴活动的安装在车厢400的侧壁上，可以转动。在转动件112上设置有蜗轮齿，该蜗轮齿位于转动件的中下部，也就是部分齿样式。在转动件对应的位置的侧下方固定一个蜗杆113，蜗杆由第一直流电机161驱动，也就是说，通过第一直流电机的驱动摆动构架绕转动件的转动中心进行转动。在车厢的侧壁上设置有第一限位开关和第二限位开关。两个限位开关与第一直流电机受控于配送车的电控系统，用于提供启停位置。第一限位开关位于摆动构架处于竖直位置的部位，第二限位开关位于摆动构架位于倾斜部位的位置，也就是收纳状态。且在第二限位开关对应的位置的车厢上设置有挡块171，挡块对摆动构架的上部进行固定。对应的，当摆动构架处于竖直状态时，使用紧固螺栓172将摆动构架和车厢进行紧固连接，形成一体。滑块120安装在摆动构架的滑槽内，具有沿着摆动构架长度方向滑动的能力。在摆动构架110的顶部设置有收绳轮150和驱动收绳轮转动的第二直流电机162，在钢丝绳两端分别连接收绳轮和滑块，通过第一直流电机驱动滑块沿着摆动构架的长度方向进行滑动。在滑块120上设置有一个插槽，提升平台130通过插接的连接方式固定在滑块上，插接后，提升平台随着滑块一并运动，共同上升或者下降。升降平台为无人机的提升平台，在边沿处设置挡边，防止无人机的滑落。

无人收件箱300，参考图10，为避免磕碰，在无人收件箱300的底部设置海绵缓冲垫，进行安全防护。可以采用普通型无人收件箱则省略上部的盖板，直接敞口设计，在顶部的边沿位置粘贴收件人地址二维码310，最佳地位于四个转角处，如果符合投放条件直接投放即可。

本发明以减少无人机电能损耗和以提高无人机的配送效率为根本设计目的，利用上述的配送系统结合以下过程对本发明进行详细的表述。

无人机的控制系统具有逻辑计算能力和一定的人工智能。

按照上述的目的，本发明实现的步骤如下：

步骤一，将快递配送车开到待配送区域内，利用无人机200上的扫码系统对快递信封进行扫码，获得快递的配送地址等信息，并按照提示放置在对应的内仓中，依次完成所有内仓的标准快递的装机，然后无人机被推送至提升设备的底部提升平台上，提升设备将无人机200提升至顶部。

步骤二，当无人机在提升平台的作用下输送至提升设备的顶部位置后，在顶部的无人机，通过触发元件或者扫码或者接受控制系统指令的方式获得起飞指令，接受起飞信号后，无人机200旋翼模块启动并起飞，由于无人机处于高点(高度为5米左右)，无人机根据控制系统的配送地址进行配送，无人机200以水平飞行为主，并伴随有局部的上升或者下降，相对处于低耗能飞行状态，当达到投放点附近时，调整飞行状态，以便于扫描地址二维码；

步骤三，无人机下降高度至收件箱上方0.5米高度后，无人机200通过扫描系统扫描无人收件箱300(A1)上的地址二维码，确认地址与无人机系统内记录的地址是否一致，一致的话，无人机200动作，对应的内仓上的气缸放气，舱门打开，进行空投，快递被投放至无人收件箱内部，投放过程参考图1。

步骤四，飞向下一个投放点(A2)，重复步骤三中的动作，直至完成所有快递的配送(A2、A3)，无人机返回飞行，按照程序设计路线返回快递配送车等配送原点，进行再次配送。

Claims (3)

1.利用无人机进行快递批量投放的模型，其特征在于，包括

快递配送车，其中，所述快递配送车上装配有无人机提升装置，所述提升装置包括通过第一直流电机驱动的摆动构架，摆动构架可转动的安装在快递配送车上，以及对摆动构架进行位置限定的第一限位开关和第二限位开关，以及安装在摆动构架上的提升平台及驱动该提升平台升降的传动机构及第二直流电机，所述提升装置用于将无人机进行高度提升；

无人机，所述无人机包括井字形框架、支撑腿、旋翼模块、动力电池与飞行控制系统模块、扫描摄像头模块和机舱模块，所述机舱模块包括机舱本体、内仓、舱门和气缸，其中，轻质材料的所述机舱本体内设有若干内仓，内仓为放置标准快递信封的空间，在每一个内仓的下方活动连接舱门，气缸上端安装在所述机舱本体侧面，气缸下端顶靠在所述舱门上，所述舱门上对应进行数字编码，气缸充气状态下，气缸的下端顶紧舱门对内仓底部形成封堵，气缸放气状态下，舱门打开；

和收件箱，所述收件箱上设置有收件人信息的地址二维码。

2.利用无人机进行快递批量投放的方法，其特征在于，按顺序进行以下步骤：

步骤一，将快递配送车开到待配送区域内，利用无人机上的扫码系统对快递进行扫码，获得快递的配送地址信息，并将快递按照提示放置在对应的内仓中，依次完成所有内仓的标准快递的装机，提升设备将无人机提升至顶部；

步骤二，无人机获得起飞指令，无人机启动并起飞，达到投放点附近时，调整飞行状态；

步骤三，无人机下降高度至收件箱上方合理扫描高度后，无人机通过扫描系统扫描无人收件箱上的地址二维码，确认地址与无人机系统内记录的地址是否一致，若一致，对应的内仓上的气缸放气，舱门打开，进行空投，快递被投放至无人收件箱内部；

步骤四，无人机飞向下一个投放点，重复步骤三中的动作，直至完成所有快递的配送，无人机按照程序设计路线返回快递配送车。

3.根据权利要求2所述的利用无人机进行快递批量投放的方法，其特征在于，该方法适用于标准快递信封的送达。