CN108313295A - 一种无人机投放装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无人机投放装置及其控制方法。本发明包括箱体，箱体与无人机本体的飞控系统通信连接，箱门连接有转动机构，转动机构包括第一连杆、第二连杆和舵机，第一连杆与箱门连接，第二连杆两端分别与第一连杆和舵机连接；与箱门相对的箱体另一侧设有推板，推板上固设有伺服电机和齿轮，该两端间设有导轨，推板在伺服电机和齿轮齿条的带动下可沿导轨来回运动，箱体的底部设有压力传感器和支撑弹簧。本发明的转动机构，控制箱门开闭，同时在箱体底部安装压力传感器，通过重量检测及对比来判断当前包裹是否已经投递成功，并设计齿轮齿条的移动带动推板移动，从而将快递包裹逐步依次推出箱体，实现多个快递包裹的顺序自动投递。

Description

一种无人机投放装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及无人机领域，特别涉及一种无人机投放装置及其控制方法。
背景技术
随着经济技术的发展，人们生活水平得到了很大程度的改善，互联网技术的日新月异更是为人们的生活带来了巨大的便捷，淘宝、天猫等电商平台云集，人们的网购数量也急剧加大，快递包裹数量的增多给当前物流行业带来了很大的影响，目前的快递配送方式大多采用人工配送，每个快递员的快递数量越来越大，投递地址各不相同，投递时间较长，投递效率较低，导致客户满意度差。无人机快递投递成为了当下最热门的的话题。
现有的无人机配送系统主要有如下四种形式：
基于车—快递柜—无人机的快递配送方法：无人车上设置有快递柜，无人车感觉包裹情况进行路径规划，到底目的地后通知取件人过来取件，若取件人要求提供无人机配送，则开启无人机配送。
基于无人机的智能快递配送系统：通过对快递进行扫描，获取快递的地址信息，对快递进行由近及远排序，并把序号信息发送给无人机，同时给包裹贴上配送序号，无人机根据序号进行顺序配送。
基于云端控制的无人机快递自动投放系统：摄像头监控快递箱，红外光栅判断快递是否取出，指纹扫描验证取件人等。
全自动无人机快递系统及方法：用户发送订单需求，自动化仓库根据订单进行货物分拣，并通知无人机进行配送，无人机送货到对应的收货仓。
以上现有技术的共同不足：都只能进行单个包裹的配送，无人机在配送过程中效率较低，配送一单后需返回装载下一单，浪费了无人机的续航时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人机智能投放快递的装置及其控制方法，以克服上述不足。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种无人机投放装置，包括箱体，所述箱体上表面通过螺栓固定于无人机本体上，且箱体与无人机本体的飞控系统通信连接，所述箱体的箱门连接有转动机构，所述转动机构包括第一连杆、第二连杆和舵机，第一连杆与箱门连接，第二连杆两端分别与第一连杆和舵机连接；与箱门相对的箱体另一侧设有推板，推板固设有伺服电机和齿轮，该两端间设有导轨，推板在伺服电机和齿轮齿条的带动下可沿导轨来回运动，所述箱体的底部设有压力传感器和支撑弹簧。
所述转动机构设置于箱体与箱体内侧的第一隔板之间，所述齿条设置于箱体与箱体内侧的第二隔板之间。
所述舵机通过舵机固定座固定于箱体上。
所述箱体的底部还设有承载快递包裹的托盘，所述压力传感器安装于托盘上，该压力传感器通过支撑弹簧与箱体底部相连。
本发明还提供一种具有该投放装置的无人机的控制方法，包括以下步骤：
a)根据当前快递包裹的目的地进行筛选和依距离排序，形成一个又一个待投递的包裹堆；
b)将每个包裹堆依上述排序装入所述无人机投放装置中，距离最短的最靠近箱门，并将对应的包裹地址及重量信息发送至该无人机地面控制站；
c)无人机控制站再将以上信息发送给飞控系统，所有的装载任务完成，无人机即可离地起飞；
d)当达到每一个目的地，由飞控系统输出一个开门信号给投放装置，投放装置上的投放装置控制箱体的箱门开合与关闭，箱门打开，等待箱门已经完成打开后，飞控系统再输出一个驱动信号给伺服电机，电机带动齿轮齿条缓缓移动，慢慢地将箱体内的包裹推送出去，在投送过程中，箱体内快递总重发生变化，当称重传感器检测到一个重量的减少等于该目的地对应的包裹重量时，反馈给飞控系统，飞控系统立即发出一个停止信号，停止驱动伺服电机带动齿轮齿条运转，并输出关门信号给投放装置，关闭箱门，经过一定的等待后，箱门关闭到位，飞控系统停止投放装置输出，此次包裹投递完成；
e)飞控系统接着控制无人机离地起飞，开始往第二个包裹目的地出发，到达第二个包裹投递点时，重复上述步骤d)，直到所有的包裹投递完成，无人机返回包裹集散点，更换电池，再次装载新的包裹堆，如此重复，从而实现所有包裹投递。
快递包裹的累加距离不超过无人机的总续航半径，且快递包裹的总重不大于无人机的有效载荷。设无人机的续航半径为D，有效载重为W，快递包裹1距离当前集散点的距离为D1，重量为W1，快递包裹2距离快递包裹1的距离为D2，重量为W2，快递包裹3距离快递包裹2的距离为D3，重量为W3......，依次类推，单次投递包裹数量取决于包裹的累加距离，即D1+D2+D3+...+Dn<＝D，且W1+W2+W3+...+Wn<＝W，N即为本次无人机投递的最大包裹数量。
本发明的有益效果是：设有箱门转动机构，控制箱门的开关与闭合，同时在箱体底部安装称重的压力传感器，通过重量检测及对比来判断当前包裹是否已经投递成功，同时通过设计齿轮齿条的移动带动推板移动，从而将快递包裹逐步依次推出箱体，实现了多个快递包裹的顺序自动投递，解决了当前快递无人机只能投递一个包裹的问题。
附图说明
图1是本发明投放装置的结构示意图。
图2是本发明顺序投递总流程图。
图3是本发明顺序投递控制策略流程图。
图4是本发明顺序投递实现硬件连接图。
图中：1-箱体，2-齿条，3-箱门，4-第一连杆，5-第二连杆，6-舵机，7-舵机固定座，8-第一隔板，9-导轨，10-滑轨，11-第二隔板，12-推板，13-伺服电机，14-齿轮，15-压力传感器，16-托盘，17-支撑弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明及其具体实施方式作进一步详细说明。
参见图1至图4，本发明包括箱体1，所述箱体1上表面通过螺栓固定于无人机本体上，且箱体1与无人机本体的飞控系统通信连接，所述箱体1的箱门3有转动机构，所述转动机构包括第一连杆4、第二连杆5和舵机6，舵机6通过舵机固定座7固定于箱体1上，第一连杆4与箱门3连接，第二连杆5两端分别与第一连杆4和舵机6连接；与箱门3相对的箱体1另一侧设有推板12，推板12固设有伺服电机13和齿轮14，该两端间设有导轨9，推板12在伺服电机13和齿轮14齿条2的带动下可沿导轨来回运动，所述箱体1的底部设有压力传感器15和支撑弹簧17。
所述箱体1的底部还设有用于承载快递包裹的托盘16，所述压力传感器15安装于托盘16上，该压力传感器15通过支撑弹簧17与箱体1底部相连。
所述转动机构设置于箱体1与箱体内侧的第一隔板8之间，所述齿条设置于箱体与箱体内侧的第二隔板11之间。
转动机构推动箱门开启、电机拖动齿轮齿条机构实现货物的辅助装载及自动卸货，同时转动机构处增加另一弹簧，该弹簧与箱门以及箱体连接，在投递工况时，该弹簧因舵机的输出及连杆的运动迫使弹簧继续拉长，箱门打开实现投递；运输工况时，因弹簧的恢复形变使得，箱门受拉而关闭，舵机回初始位置，该过程舵机无需保持通电，降低投放装置长时间保持带电状态所消耗电量。
齿轮齿条行程可根据实际箱体大小；该机构可利用目前机架的结构布置形式，起落架无需进行大幅度调整；电池可沿用原布置形式，也可以采用上下布置；更换新起落架后可适应更大载物舱，载物运输装置及整体布置方式示意图如图2所示。
整个快递包裹的投递分两个环节，第一个环节是包裹筛选及装载入无人机箱体，第二个环节为无人机快递包裹投递。本发明的重点在第二个环节，如何实现多个快递包裹的顺序投递。图2为整个投递流程图，从包裹的目的地筛选到完成本次投递任务，其中快递包裹的目的地筛选是由物流系统完成，现有的物流系统已经可以实现包裹目的地筛选，本发明所需要的目的地筛选更加严格，要求快递包裹的累加距离不超过无人机的总续航半径，且这些包裹的总重不大于无人机的有效载荷，可以用如下的算法表示：设无人机的续航半径为D，有效载重为W，快递包裹1距离当前集散点的距离为D1，重量为W1，快递包裹2距离快递包裹1的距离为D2，重量为W2，快递包裹3距离快递包裹2的距离为D3，重量为W3......，依次类推，单次投递包裹数量取决于包裹的累加距离，即D1+D2+D3+...+Dn<＝D，且W1+W2+W3+...+Wn<＝W，N即为本次无人机投递的最大包裹数量。
具体控制方法(如图3所示)如下：
a)根据当前快递包裹的目的地进行筛选和依距离排序，形成一个又一个待投递的包裹堆；
b)将每个包裹堆依上述排序装入所述无人机投放装置中，距离最短的最靠近箱门，并将对应的包裹地址及重量信息发送至该无人机地面控制站；
c)无人机控制站再将以上信息发送给飞控系统，所有的装载任务完成，无人机即可离地起飞；
d)当达到每一个目的地，由飞控系统输出一个开门信号给投放装置，投放装置上的投放装置控制箱体的箱门开合与关闭，箱门打开，等待箱门已经完成打开后，飞控系统再输出一个驱动信号给伺服电机，电机带动齿轮齿条缓缓移动，慢慢地将箱体内的包裹推送出去，在投送过程中，箱体内快递总重发生变化，当称重传感器检测到一个重量的减少等于该目的地对应的包裹重量时，反馈给飞控系统，飞控系统立即发出一个停止信号，停止驱动伺服电机带动齿轮齿条运转，并输出关门信号给投放装置，关闭箱门，经过一定的等待后，箱门关闭到位，飞控系统停止投放装置输出，此次包裹投递完成；
e)飞控系统接着控制无人机离地起飞，开始往第二个包裹目的地出发，到达第二个包裹投递点时，重复步骤d)，直到所有的包裹投递完成，无人机返回包裹集散点，更换电池，再次装载新的包裹堆；如此重复，从而实现所有包裹投递。
在投递过程中，无人机根据地面站发送过来的地址信息形成了飞行航线，航线上的每个点即为需要进行包裹投递的点，飞行过程中跟普通无人机一样，可以通过GPS、差分、RTK等多种导航手段及算法实现航点的导航，当无人机到达第一个设定的航点时，降落在快递投放平台上，就开始了下面的投递过程，每个投递过程都会经历上述的算法实现。
本发明按顺序投递快递的系统硬件电路连接图如图4所示，其中飞控系统是控制整个无人机飞行及执行功能的核心部分，航姿测量系统将无人机的姿态实时反馈给飞控，让飞控实时知道自己的飞行状态并根据飞行过程进行实时调整；GPS导航模块是无人机的眼睛，实时反馈无人机的位置信息，让无人机时刻知道自己的位置并能找到目标位置；以上三个模块是无人机实现飞行平台的基本配置，与其他无人机相同。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种无人机投放装置，包括箱体，所述箱体(1)上表面通过螺栓固定于无人机本体上，且箱体与无人机本体的飞控系统通信连接，其特征在于：所述箱体的箱门(3)连接有转动机构，所述转动机构包括第一连杆(4)、第二连杆(5)和舵机(6)，第一连杆(4)与箱门(3)连接，第二连杆(5)两端分别与第一连杆(4)和舵机(6)连接；与箱门(3)相对的箱体另一侧设有推板(12)，推板(12)固设有伺服电机(13)和齿轮(14)，该两端间设有导轨(9)，推板(12)在伺服电机和齿轮齿条的带动下可沿导轨来回运动，所述箱体(1)的底部设有压力传感器(15)和支撑弹簧(17)。
2.根据权利要求1所述的无人机投放装置，其特征在于：所述转动机构设置于箱体(1)与箱体(1)内侧的第一隔板(8)之间，所述齿条(2)设置于箱体(1)与箱体(1)内侧的第二隔板(11)之间。
3.根据权利要求1所述的无人机投放装置，其特征在于：所述舵机(6)通过舵机固定座(7)固定于箱体(1)上。
4.根据权利要求1所述的无人机投放装置，其特征在于：所述箱体(1)的底部还设有承载快递包裹的托盘(16)，所述压力传感器(15)安装于托盘(16)上，该压力传感器(15)通过支撑弹簧(17)与箱体(1)底部相连。
5.一种具有如权利要求1～4任一项所述无人机投放装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)根据当前快递包裹的目的地进行筛选和依距离排序，形成一个又一个待投递的包裹堆；
b)将每个包裹堆依上述排序装入所述无人机投放装置中，距离最短的最靠近箱门，并将对应的包裹地址及重量信息发送至该无人机地面控制站；
c)无人机控制站再将以上信息发送给飞控系统，所有的装载任务完成，无人机即可离地起飞；
d)当达到每一个目的地，由飞控系统输出一个开门信号给投放装置，投放装置上的投放装置控制箱体的箱门开合与关闭，箱门打开，等待箱门已经完成打开后，飞控系统再输出一个驱动信号给伺服电机，电机带动齿轮齿条缓缓移动，慢慢地将箱体内的包裹推送出去，在投送过程中，箱体内快递总重发生变化，当称重传感器检测到一个重量的减少等于该目的地对应的包裹重量时，反馈给飞控系统，飞控系统立即发出一个停止信号，停止驱动伺服电机带动齿轮齿条运转，并输出关门信号给投放装置，关闭箱门，经过一定的等待后，箱门关闭到位，飞控系统停止投放装置输出，此次包裹投递完成；
e)飞控系统接着控制无人机离地起飞，开始往第二个包裹目的地出发，到达第二个包裹投递点时，重复步骤d)，直到所有的包裹投递完成，无人机返回包裹集散点，更换电池，再次装载新的包裹堆，如此重复，从而实现所有包裹投递。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：快递包裹的累加距离不超过无人机的总续航半径，且快递包裹的总重不大于无人机的有效载荷。
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