CN108883839B - 包装递送期间无人飞行器的滑行 - Google Patents

Abstract

一种递送系统包括处理器，所述处理器被编程来构建所述路线以便包括载具所行进的预定义区段并且将所述路线转发给飞行器，所述被配置来使所述飞行器滑行并给其电池充电、使得所述电池的充电状态在所述路线的持续时间内保持高于目标。

Description

包装递送期间无人飞行器的滑行

技术领域

本公开涉及无人飞行器在包装递送系统中的使用。

背景技术

载具在世界各地之间运输包装或包裹。包装的装运可能需要亲手递送或拾取。然而，取决于收取和递送位置，这种亲手递送或拾取可能是低效的或不切实际的。

发明内容

一种递送系统可以包括处理器，所述处理器被编程来构建路线以包括被配置来使飞行器滑行的载具所行进的预定义区段。所述处理器可以响应于对去往目的地的路线的请求来构建所述路线。所述处理器可以被编程来给无人飞行器的电池充电，使得所述电池的充电状态在所述路线的持续时间内保持高于目标。所述路线可以被转发到所述飞行器。

所述处理器可以被编程来构建所述路线，使得所述路线的行进时间的飞行中部分最小化。所述处理器可以被编程来构建所述路线，使得所述路线的行进时间小于指定行进时间。所述处理器可以被编程来接收所述预定义区段。

如上所述，所述无人飞行器可以是无人机。所述路线可以包括拾取位置和递送位置。所述拾取位置或所述递送位置可以是所述载具中的至少一个。所述载具可以是军用车辆。

附图说明

图1是描述用于UAV在载具上滑行的可能路线的地图；

图2是用于构建可能路线列表的算法的流程图；

图3A-3D是用于使用UAV递送包装的算法的流程图；并且

图4是UAV与载具之间的交互的描述。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施方案。然而，应理解，所公开的实施方案仅仅是示例并且其他实施方案可以采用各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式实现本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考任一附图示出并描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征相结合，以产生未明确示出或描述的实施方案。所示出特征的组合提供用于典型应用的代表性实施方案。然而，与本公开的教义一致的特征的各种组合和修改可以是特定应用或实现方式所希望的。

载具用于在全世界递送包装。常见运营商可以包括联合包裹服务(UPS)、联邦快递(FedEx)或政府附属机构。常见运营商的运输车辆可以利用路线来组织，所述路线包括沿路线递送包装的多个区段。包装可以通过区段网络运输。可以分析这些路线以找到递送包装的最佳路线或路线群组。路线可以是当前的或预计的。因为运输车辆或载具需要停止并等待装卸，所以由于妨碍包装的及时递送的下车和拾取交换，这些路线可能包括不良递送指标。

合同载具可以包括可租用包裹服务。可租用服务可以基于迫切需求将包装递送到特定位置。例如，移植器官可能需要在医院之间从供体运输到受体。由于与一次递送一个包装相关的规模的经济有限，可租用服务可能是成本低效的。这些私人载具也可以包括军用车辆。供应卡车或前沿车辆可以将物资运输到前沿位置，以便提供食物、弹药或无关紧要的东西。

另一种类型的载具可以包括自用来递送包装的普通车辆。例如，这些载具可以被通知或者注册以被通知迫切递送需求。作为包装的“可租用载具组织系统”，这些载具可以通过历史确定的路线或与收取和递送位置的接近度来识别。例如，每个工作日早晨前往工作位置的人可被识别为在位置之间运载包装的候选人。载具和路线中的每一者可以具有构成所述路线的多个区段或部分。

UAV可以联接到载具以递送包装。UAV可以附接到载具以递送包装而无需驾驶员辅助来将包装放置在递送区域中。递送服务可以具有将对接站放置在载具上、从而允许UAV在必要时来去的许可证。递送路线上的驾驶员还可以指示UAV从递送车辆或载具递送包装。UAV还可以包括或连接到处理器，所述处理器被编程来基于导航数据、诸如GPS来识别递送位置，以自动递送包装。例如，无人机可以被配置来识别递送车辆或载具上的包装。UAV可以识别邻近递送位置的车辆的位置。UAV可以从载具的存储装置取出包装并递送包装。此包装递送系统可以由与无人机或递送车辆通信的计算机或服务器系统分析。服务器可以通过识别包装的递送日期和位置来分析和预先规划准备好在给定一天递送的包装。服务器可以组织递送车辆上的包装。服务器可以通过分析每个包装递送位置之间的通过时间来确定载具的最佳递送路线，以最小化路线长度或完成路线的时间。

每个载具可以配备有被配置来给至少一个UAV充电的充电和对接站。对接站可以被配置来使UAV在载具上滑行，直到UAV决定弹出为止。对接系统可以具有铰接钩或致动锁以在滑行期间将UAV固持在适当位置。充电系统可以被配置来直接或无线地给UAV充电。充电系统可以被配置来给采用其他推进方法的UAV进行再补给。例如，补给站可以被配置来给依靠燃气、柴油或氢气操作的UAV进行再补给或再填充。

UAV或无人机可以是自主的或远程指导的。服务器、处理器或控制器可以向无人机提供航空导航命令以建立飞行路径和递送方法。无人机可以被配置来基于由中央服务器指示的路点来创建其自己的路径。无人机可以被配置来基于从服务器发送的收取和递送位置来创建其自己的路径。UAV还可以由中央控制中心处的某人或载具内的人远程控制。载具可以被装配以包括控制机构和通信系统以控制多个UAV。

与UAV通信的服务器、处理器或控制器或者UAV本身可以被配置来基于多个载具构建、精心安排、组成、制作、策划、建造、打造、制订、形成、制定、制造、产生、设置或塑造递送路线以收取和递送包装。路线构建可以包括汇编收取位置与递送位置附近和之间的所有路线。附近和之间可以是指收取位置与递送位置之间的50英里宽的条带和围绕收取位置和递送位置的50英里半径。例如，可以请求在城市A内的仓库与城市B内的家庭之间递送包装。城市B可能在仓库的东南方。处理器可以识别城市之间和周围的所有路线。处理器可以通过分析离开或计划离开城市A的、所具有的方向在前往城市B的直接航向的45°内的所有路线来指定那些路线是有用的。如果城市B在仓库的东南方(45°)，则处理器将识别具有在城市A的一定半径内的、所具有的方位角行进方向在来自收取位置的行进方向的90°与180°之间的区段的所有路线。如果在条带内没有找到路线，则可以增大条带的大小以获得更多路线。如果找到太多路线，则可以减少条带以改进路线。处理器可以分析每条路线的端点以确定区段长度。例如，如果路线在条带之外终止，则处理器可以限制区段保持在条带的边界内。处理器可以通过添加另外的区段来继续使用此方法构造或构建路线，直到路线足够接近UAV递送包装的递送位置。所述路线还可以确保UAV在递送之后具有足够的能量返回到载具以用于存储或充电。UAV可以驻留在仓库处或载具上，直到接收到下一个递送请求为止。

路线可以包括当前航向、从导航系统得到的路线数据、基于驾驶记录的预计路线数据、或者由过程得到的其他路线。处理器还可以被配置来识别何时路线如预计那样偏离从递送位置偏离总体行进方向特定角度。当处理器已经确定载具的路线的角度已经从递送位置偏离时，处理器可以执行对具有在区段端点的一定半径内的并且朝向去往递送位置的方向的区段的路线的另一搜索。

UAV在整个行程中可以不驻留在载具上，并且可以使用多个UAV来执行包装递送。一个UAV可以用于行程的第一部分，而另一个UAV可以用于行程的第二部分。处理器可以被配置来确定UAV的最佳使用以确保有限的停机时间。例如，如果UAV在要求UAV在载具上滑行延长的时间段(例如，大于五小时)的路线上，则处理器可以确定应使用两个UAV。第一UAV将用于在载具上递送包装或用于路线的第一部分。第二UAV将用于将包装递送到住宅或用于路线的第二部分。

路线可以基于UAV的估计充电状态(“SOC”)来构建。例如，UAV的阈值水平可以设定为25％SOC。路线可以被构建以确保不超过阈值水平，这意味着SOC保持高于25％。路线可以被构建以相对于飞行中时间最大化载具滑行的使用。例如，如果两条路线可以提供包装的递送，则服务器或处理器可以被配置来选择UAV飞行时间最短的路线。服务器或处理器可以具有总包装递送时间相对于飞行中时间的最大阈值。例如，如果具有较短飞行中时间的路线之一具有的递送时间是飞行中路线的两倍长，则处理器可以选择具有更短行程持续时间的更长飞行中时间。由于行进时间长于指定行进时间，处理器还可以确定UAV不是最佳的递送方法。所述系统可以警示操作：包装不具有满足指定行进时间阈值的递送时间。

路线构建可以将每条路线的时机考虑在内以防止延迟。UAV可以具有使用载具A和载具B的预期路线。载具A和载具B的路径相交或足够接近，以允许UAV在点A处在两个载具之间移动包装。不幸的是，两个载具没有同时抵达点A附近。载具A在上午10:00离开，并预期在上午10:30抵达点A。载具B在下午1:00离开，并预期在下午1:15抵达点A。路线构建系统能够注意到这些时机问题和延迟。如果延迟太大(例如，五小时)，则所述系统可以选择不同路线。处理器可以构建具有一定延迟的路线，其中UAV保持恒定的悬停模式、在地面上维持静止模式、或者将包装递送到更靠近拾取点处。处理器可能够将其他基于时机的因素(例如，天气、交通等)考虑在内。处理器可以取得统计分析以确定路线之间的相交可能性和延迟概率。使用这些因素，处理器可以基于延迟、总长度、飞行中时间等选择优选路线。处理器可以选择以总长度为代价来减少延迟和飞行时间。处理器可以选择以飞行时间为代价来减少延迟。UAV可以进一步被配置来防止与其他UAV碰撞。例如，如果载具装配有能够运载多个UAV的对接站，则UAV可以被配置有接近或感知传感器以减少碰撞。

现在参考图1，路线100被构建以用于递送包装。出于可视化目的，在地图上示出此路线。如本领域所公知的，路线可以被构建为一系列位置或数据点和时间。点A 102是收取位置。点B 104是递送位置。示出了载具所行驶的多条路线106、108、110。载具可能已经开始沿路线106、108、110行进或者预计沿路线106、108、110行进。路线106、108、110可以包括在沿着路线的路点处的预期或预计行进时间。例如，沿路线106的载具可能预期在上午10:30抵达106与108之间的相交处。沿路线108的载具可能预期在下午13:30抵达106与108之间的相交处。照这样，处理器可以构建允许UAV将包装从点A 102递送到点B 104的路线。用于UAV的路线可以包括在航线116处离开沿路线106的载具并且与沿路线108沿路线112的载具一起行进。因为航线116、118处的类似飞行中时间以及来自路线106的区段和来自路线108的区段的组合的更短总行进路线，处理器可以选择这条路线而不是使用路线106和路线110的区段的路线。如果路线106和路线108的相交处的延迟时间太长(例如，五小时)，则处理器可以构建包括路线106、110的区段的用于UAV的路线。

现在参考图2，描述了用于确定路线的算法200。算法200在步骤202处开始。在步骤204处，服务器、处理器、控制器、载具或UAV接收包装运输请求。在206处，服务器、处理器或控制器确定UAV和载具的位置。位置可以是预计的或当前的。在步骤208处，接收预计的或已知的载具路线。在步骤210处，构建可能路线的列表或关系数据库，其包括载具预计或已知的可用路线的区段。所述列表可以包括预期的延迟时间、相交时间、飞行中时间以及路线持续时间。在步骤212处，可以确定优选路线。在步骤214处，可以将路线发送到适用的UAV和载具。在步骤216处，可以根据载具与特定路线的偏离、载具或UAV的机械问题来更新路线，并且如果路线被更新，则可以执行算法200的另一次迭代。

现在参考图3A-3D，描述了用于递送包装的扩展算法300。在步骤304中，处理器可以确定单个UAV是否可以从收取站点递送包装。在步骤306中，单个UAV递送包装。在步骤308中，开始增强包装递送方法。在步骤310中，可以建立广播以定位被预订作为载具的本地车辆。在步骤312中，可以识别朝向所希望方向的车辆。在步骤314中，需要递送的更高优先级包装可以要求载具改变线路以满足递送需求。在步骤316中，可以选择愿意偏离的车辆以满足递送需求。在步骤318中，可以使用满足所希望属性的车辆来运送包装。在步骤320中，可以开始飞到预订载具。在步骤322中，UAV可以停靠在载具上以开始滑行。在步骤324中，UAV可以在步骤326中再充电；在步骤328中与载具通信；在步骤330中下载更新；在步骤332中向飞行器人机界面提供所需信息，以就附接通知驾驶员或乘客并维持路线；并在步骤334中请求返回到存储位置。在步骤336中，如果载具仍然在轨道上，则UAV可以在对接物上维持位置340或者在步骤338中执行到不同车辆的转移。在步骤342中，如果载具未在线路上，如在步骤336中所确定的，则UAV或服务器可以向载具发送返回到路线的消息。在步骤344中，UAV或服务器可以就预期路线提醒载具。在步骤346中，驾驶员可以提供关于是否将遵循所构建路线的指示。在步骤348中，飞行器可以保持对接，除非如在步骤346中所确定的，驾驶员选择不遵循路线。在步骤350中，如果车辆的驾驶员将不返回到所希望路径，如在步骤346中所确定的，则可以定位另一个载具以用于滑行。在步骤352和步骤354中，循环继续，直到在正确方向上有载具可用为止。在步骤356中，UAV可以与当前载具解除对接并切换到新载具。

如果UAV在下一个载具或目的地内，如在步骤338中所确定的，则UAV可以在步骤358中开始解除对接程序。在步骤360中，UAV可以前进到下一个载具或区段。在步骤362中，如果目的地类型是另一个载具，则所述过程重复，如步骤364所示。如果在步骤362中确定目的地是递送目的地，则在步骤366中，UAV可以飞到目的地并递送有效载荷。在步骤368中，UAV开始返回到归属地程序。标题370开始返回归属地程序。在步骤372中，可以找到本地预订的载具以允许UAV对接。在步骤374中，处理器或服务器可以确定是否有任何载具朝向适当方向。在步骤376中，UAV可以等待，直到有载具可供用于滑行为止。在步骤378中，UAV可以找到滑行费用最低的载具以用于运输。在步骤380中，UAV开始飞到预订载具。在步骤382中，UAV停靠在载具上并给它自己充电。在步骤384中，UAV可以继续飞越，直到它到达存储位置或归属基地为止。在步骤386中，过程结束。

现在参考图4，示出了UAV滑行系统。载具400包括用于UAV402的对接站404。载具400可以是普通车辆、普通载具、合同载具或其他类型的车辆。对接站404可以位于载具的顶棚上。对接站404也可以位于载具400的分离拖车上。对接站404可以包括与载具400的有线或无线电连接，以允许给UAV 402电池再充电。可以优化UAV的对接过程，使得UAV 402可以在载具400处于运动时与载具400对接和解除对接。UAV 402可以在接近时开始与载具400通信以确定方向和速度。如本领域中已知的，V2X通信可以用于促进对接过程。UAV 402可以使用此程序来确定车辆速度、方向和预期路线。一旦已经完成对接过程，UAV 402就可以经由人机接口或移动装置通知载具400。载具400、UAV 402或对接站404可以被配置来与服务器(未示出)进行车外通信。服务器可以被配置来将递送信息作为数据库或其他储库进行保留。

本文公开的过程、方法或算法可能够递送到处理装置、控制器或计算机或者由其实现，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可以作为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令存储，所述形式包括但不限于：永久存储在不可写存储介质、诸如ROM装置上的信息，以及可变更地存储在可写存储介质、诸如软盘、磁带、CD、RAM装置和其他磁性和光学介质上的信息。所述过程、方法或算法也可以在软件可执行对象中实现。可替代地，所述过程、方法或算法可以整体地或部分地使用合适的硬件部件来实施，所述硬件部件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其他硬件部件或装置，或者硬件、软件和固件部件的组合。

说明书中所使用的措词是用于描述而非限制的措词，并且应理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，各种实施方案的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的另外实施方案。虽然各种实施方案可以被描述为关于一个或多个所期望特性相对于其他实施方案或现有技术实现方式提供优点或更优，但是本领域的普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现所期望的总体系统属性，这取决于具体的应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于：成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可服务性、重量、可制造性、组装简易性等。因此，关于一个或多个特性被描述为不如其他实施方案或现有技术实现方式那样令人期望的实施方案在本公开的范围之内，并且对于特定应用可能是所期望的。

Claims (18)

1.一种递送系统，其包括：

处理器，所述处理器被编程来响应于来自无人飞行器的对去往目的地的路线的请求，来构建所述路线以便包括多个载具所行进的多个预定义区段，并且将所述路线转发到所述无人飞行器，每个所述载具被配置为使得所述载具中的一个使所述无人飞行器在所述区段中的一个中滑行，所述载具中的另一个使所述无人飞行器在所述区段中的另一个中滑行，并给所述无人飞行器的电池充电，使得所述电池的充电状态在所述路线的持续时间内保持高于目标，其中，所述无人飞行器自身从所述载具中的所述一个切换到所述载具中的所述另一个。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器进一步被编程来构建所述路线，使得所述路线的行进时间的飞行中部分最小化。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述处理器进一步被编程来构建所述路线，使得所述路线的所述行进时间小于指定行进时间。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述无人飞行器是无人机。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述路线定义拾取位置和递送位置。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述拾取位置或所述递送位置位于其中一个所述载具处。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述载具是军用车辆。

8.一种递送系统，其包括：

处理器，所述处理器被编程来响应于接收包括多个载具所行进的多个预定义区段的路线，执行命令以沿着所述路线引导无人飞行器，使得当在所述载具之一处对接并进行充电以在所述路线的持续时间内维持与所述无人飞行器相关联的充电状态高于目标的同时，遍历所述路线的部分，其中每个所述载具被配置为使得所述载具中的一个使所述无人飞行器在所述区段中的一个中滑行，所述载具中的另一个使所述无人飞行器在所述区段中的另一个中滑行，并给所述无人飞行器的电池充电，其中，所述无人飞行器自身从所述载具中的所述一个切换到所述载具中的所述另一个。

9.如权利要求8所述的系统，其中，所述处理器进一步被编程来构建所述路线，使得所述路线的行进时间的飞行中部分最小化。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述处理器进一步被编程来构建所述路线，使得所述路线的所述行进时间小于指定行进时间。

11.如权利要求8所述的系统，其中，所述路线定义拾取位置和递送位置。

12.如权利要求11所述的系统，其中，所述拾取位置或所述递送位置位于其中一个所述载具处。

13.一种递送方法，其包括：

由处理器，

响应于对去往目的地的路线的请求，构建所述路线以便包括多个载具所行进的多个预定义区段、使得与所述路线相关联的飞行中行进时间小于目标值，其中每个所述载具被配置为使得所述载具中的一个使无人飞行器在所述区段中的一个中滑行，所述载具中的另一个使所述无人飞行器在所述区段中的另一个中滑行，所述飞行器自身从所述载具中的所述一个切换到所述载具中的所述另一个；以及

将所述路线转发给无人飞行器。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述载具进一步被配置来给与所述无人飞行器相关联的电池充电，并且其中，所述路线被构建以便包括所述预定义区段，使得与所述无人飞行器相关联的充电状态在遍历所述路线时保持大于阈值。

15.如权利要求13所述的方法，其中，所述路线被构建成使得与其相关联的行进时间小于指定行进时间。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述飞行中行进时间被定义为所述行进时间的一部分。

17.如权利要求13所述的方法，其中，所述路线定义拾取位置和递送位置。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述拾取位置或所述递送位置位于其中一个所述载具处。

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