CN109353261B - 基于无人机的货运系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的货运系统，其包括若干个收货和/或送货的旋翼无人机，还包括可以装载货物、并可给所述无人机补充货物和/或接收无人机的货物的货车；还包括一后台系统，用于设定货车的行进路线，给无人机指派任务，任务包括：从指定的所述货车上接收货物并运送至目的地，或从目的地接收货物并运送至一指定的所述货车。本发明的一种基于无人机的货运系统实现了无人机在货车上自动起降，从而可以在后台系统的路线优化算法下，实现无人机和无人车联合调度，从而大大提高无人机的使用效率，增加了无人机的使用场景。

Description

基于无人机的货运系统

技术领域

本发明属于物流领域，具体涉及一种基于无人机的货运系统。

背景技术

无人机可以解决物流领域最后一公里的问题，节约人工，因而在未来物流行业具有极大的应用空间。但是，无人机也具有先天的缺陷：载货量小，飞行距离短，空载情况严重。此外，目前，无人机还不能直接和正在行进的货车进行对接，以上下货；这使得整个无人机物流行业还存在较大的效率改进空间。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种车机联动、联调的基于无人机的货运系统。

本发明的技术方案是提供一种基于无人机的货运系统，其包括若干个收货和/或送货的旋翼无人机，其特征在于：还包括可以装载货物、并可给所述无人机补充货物和/或接收所述无人机的货物的货车；还包括一后台系统，用于设定所述货车的行进路线、以及给所述无人机指派任务，所述任务包括：从指定的所述货车上接收货物并运送至目的地，或从目的地接收货物并运送至一指定的所述货车。

优选的，所述后台系统实时跟踪所述货车的位置及所述无人机的位置，并根据所述货车的位置及所述无人机的位置规划所述任务。

优选的，所述后台系统规划所述任务包括以下函数：

任务函数：f（ID,w,v,s,sd,t1,t2），其中，ID为任务编号,w为货物重量、v为货物体积，s为任务实时位置，sd为任务目的地，t1为任务交接开始时间，t2为任务交接终止时间;

无人机函数：p(ID,Wmax,Vmax,s,Pt，d)，其中，ID为无人机编号，Wmax为无人机最大载货重量，Vmax为无人机最大载货体积，Pt为无人机剩余最大航程，s为无人机实时位置,d为无人机空闲标识；

货车函数：t（ID,s，sd，d），ID为货车编号，s为货车实时位置，sd为货车目的地，d为货车空闲标识；

任务分配函数：d（f1，p1，t1），其中f1为任务编号，p1为无人机编号，t1为货车编号。

优选的，所述货物均为长方体结构的包裹，所述货车上设置有货物交接平台，所述货车内设置有将所述货车内的货物送上所述货物交接平台和/或将所述货物交接平台上的货物送入所述货车内的输送机构。

优选的，所述货车顶部设置有开口，所述输送机构包括一连通所述开口的柱形框架结构的支架，所述货物交接平台可上下移动地设置在所述支架中，一电机驱动所述货物交接平台沿所述支架上下移动，所述货车内水平设置有若干个储物输送带，所述储物输送带均连接所述支架。

优选的，所述支架两侧各层叠设置多个由步进电机驱动的转移输送带，所述货车内沿其前后的方向平行设置若干个货架，所述货架上由多个所述储物输送带将其分隔成若干层放置货物的置物层，所述转移输送带垂直于所述货架的方向设置在货架的前端，所述转移输送带一端连接所述支架，每个所述货架对应所述转移输送带的位置均枢轴设置一由气缸驱动的挡板。

优选的，所述货车顶部设置一可水平转动的转盘，所述开口设置在所述转盘上，所述转盘上还设置有若干个用于固定所述无人机起落架的夹爪。

优选的，所述夹爪均包括一套筒，所述套筒内设置一气缸驱动的升降杆，所述升降杆顶端枢轴设置有若干个爪瓣，所述货车顶部还设置有检测所述无人机和所述货物交接平台之间距离的距离传感器。

优选的，所述货物交接平台上设置一接货传送带。

优选的，所述货车均为电动无人货车，所述货车行使路线上设置有若干个上下货区，供所述货车驻车以起降所述无人机。

本发明的一种基于无人机的货运系统实现了无人机在货车上自动起降，从而可以在后台系统的路线优化算法下，实现无人机和无人车联合调度，从而大大提高无人机的使用效率，增加了无人机的使用场景;此外，本发明使得货车本身不需要携带无人机，而是通过调度无人机过来取送货，节约了货车的运载空间，简化了货车的结构；采用夹爪固定无人机，提高了无人机上下货的安全性；车厢内输送结构的设置，较大的节约了车厢内空间，实现货物取放。

附图说明

图1是本发明最佳实施例的使用状态的结构示意图；

图2是本发明最佳实施例的货车的侧视图；

图3是货车的俯视图;

图4是夹爪的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1至图4所示，本发明的一种基于无人机的货运系统，其包括若干个收货和/或送货的旋翼无人机10，还包括可以装载货物、并可给无人机10补充货物和/或接收无人机10的货物的无人电动货车12。还包括一后台系统，用于设定货车12的行进路线，给无人机10指派任务，任务包括：从指定的货车12上接收货物并运送至目的地，从目的地接收货物并运送至一指定的货车12。后台系统实时跟踪货车12的位置及无人机10的位置，并根据货车12的位置及无人机10的位置规划任务。

为了实现上述目的，首先需要解决的技术问题是，无人机10在货车12上的起降以及上下货。无人机10起降时，可以在货车12行使路线上设置若干个上下货区，供货车12驻车起降无人机10，其相对较为容易、风险小，但是需要有特定的上下货区，且需要停车，因而效率低且成本交高。

理论上，只要无人机10和货车12在行进方向上保持速度一致，那么可以在货车12保持行进的同时，进行无人机10的起降及上下货作业。但是，实际上，受到气流、路况等因素的影响，使得货车12的速度、无人机10的位置不可控，因而风险较大。为了解决这个问题，本发明进行了新的设计：

货车12顶部设置一可水平转动的转盘14，转盘14上设置开口16作为货物进出的通道，当然，还有将开口封闭的顶盖（未图示）。转盘14上还设置有若干个用于固定无人机10起落架的夹爪18。夹爪18均包括一套筒20，套筒20内设置一升降杆22，升降杆22顶端枢轴设置有若干个爪瓣24，还包括驱动爪瓣24保持张开状态的复位弹簧（未图示）。这样使得，升降杆22上升，使得爪瓣24露出套筒20外时，爪瓣24在弹簧作用下张开；升降杆22下降，使得爪瓣24受到套筒20内壁的挤压，从而收缩，从而实现抓握的动作。货车12顶部还设置有检测无人机10和货物交接平台26之间距离的距离传感器（未图示），距离传感器也可以设置在升降杆22上，距离传感器可采用市面上业已成熟的例如激光测距仪，其型号众多，只要能对2-50cm内的物体进行测距，均可应用在本发明中。其工作方式是，首先无人机10自动调整速度和方向，以保持和货车12同向，逐渐靠近货车12并下降高度以接近开口16。爪瓣24张开，增加抓取的范围，如果距离传感器检测到无人机10的距离小于预设值，则表明无人机10已经对准开口16且下降到位，则升降杆22向下移动，爪瓣24收缩，从而抓住无人机10的起落架，将无人机10固定在货车12上，使得其在上下货过程中，保持稳定的状态。爪瓣24可以适应四个支点的起落架或两个一字形的起落架。货物为长方体结构，因而需要旋转转盘14带动无人机10调整方向，使得无人机10对准货物，方便其上货作业。

其次，还需要解决货物在车厢内的调度问题。在车厢内设置机械臂是一个比较可行的技术方案，但是需要给机械臂预留足够的活动空间，造成较大的浪费。为了解决这个问题，本发明进行了新的设计：

货车12的车厢内设置输送机构，输送机构包括一垂直设置在货车12车厢中的支架28，支架28为柱形的框架结构，上部连通开口16。以支架28为滑轨，一板形的货物交接平台26可移动地设置在支架28中，一步进电机（未图示）通过链条传动的方式驱动货物交接平台26沿支架28上下移动。

支架28两侧各层叠设置多个由多个电机驱动的转移输送带30，货车12内沿其前后的方向平行设置若干个货架32，货架32上由多个储物输送带34将其分隔成若干层放置货物的置物层，转移输送带30垂直于货架32的方向设置在货架32的前端，转移输送带30一端连接支架28，每个货架32对应转移输送带30上的位置均设置一由气缸驱动的挡板36，正常行车过程中，挡板36可以用于阻挡货物，避免其从货架32滑落至转移输送带30。这样，货物存放在储物输送带34上，需要取货，则储物输送带34转动，带动货物移动到转移输送带30，然后由转移输送带30送至货物交接平台26。收货则反之。如果对象货物设置在同一货架32的中间位置，那么可以同时将前面的货物都送上转移输送带30，通过转移输送带30转动方向和挡板36的配合，可以将不相关的货物送入其他货架32或暂存在转移输送带30上，而将对象货物送入货物交接平台26。挡板36为弧形结构，其在气缸的作用下，可绕货架32旋转，从而横向设置在转移输送带30上方，形成导向结构，引导货物转向进入货架32。

为了配合无人机10送货的要求，货物均为长方体结构的包裹。货物交接平台26上设置一接货传送带（未图示），接货传送带用于讲货物交接平台26上的货物转移至转移输送带30，并通过挡板36的配合，将货物转移至任意货架32上存放。

采用上述硬件结构后，则后台系统可以自由调度无人机和货车，短途运、取货使用无人机，长途运输使用货车的组合，以实现最优的方案。后台系统规划任务时，可以综合考虑货物重量、体积、运输距离，无人机的最大载货重量、无人机最大载货体积、无人机剩余最大航程，来规划从货车取货并由无人机分发的最优方案；也可以综合考虑货车实时位置，货车目的地，货车空闲状态，来规划从客户处取货并由无人机就近送至货车运送至目的地的最优方案，其中上述目的地可以是货车的途径的地址，并非一定是货车的最终目的地。概括地说，后台系统规划方案时，包括以下函数：

任务函数：f（ID,w,v,s,sd,t1,t2），其中，ID为任务编号,w为货物重量、v为货物体积，s为任务实时位置，sd为任务目的地，t1为任务交接开始时间，t2为任务交接终止时间;

无人机函数：p(ID,Wmax,Vmax,s,Pt，d)，其中，ID为无人机编号，Wmax为无人机最大载货重量，Vmax为无人机最大载货体积，Pt为无人机剩余最大航程，s为无人机10实时位置,d为无人机10空闲标识；

货车函数：t（ID,s，sd，d），ID为货车编号，s为货车实时位置，sd为货车目的地，d为货车空闲标识；

任务分配函数：d（f1，p1，t1），其中f1为任务编号，p1为无人机编号，t1为货车编号。

与本发明对应的，还需要设置若干个无人机站点，负责给无人机充电、维修、或者根据需要补充无人机，无人机在需要维修或充电时，自动就近飞回无人机站点。此外，货物上可设置类似RFID之类的电子标签，货架上可以在出口处设置电子标签的阅读器，从而在进出货物时，对货物进行识别，从而实现智能查找货物，快速出货。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于无人机的货运系统，其包括若干个收货和/或送货的旋翼无人机，其特征在于：还包括可以装载货物、并可给所述无人机补充货物和/或接收所述无人机的货物的货车；还包括一后台系统，用于设定所述货车的行进路线、以及给所述无人机指派任务，所述任务包括：从指定的所述货车上接收货物并运送至目的地，或从目的地接收货物并运送至一指定的所述货车；

所述货物均为长方体结构的包裹，所述货车上设置有货物交接平台，所述货车内设置有将所述货车内的货物送上所述货物交接平台和/或将所述货物交接平台上的货物送入所述货车内的输送机构；

所述货车顶部设置有开口，所述输送机构包括一连通所述开口的柱形框架结构的支架，所述货物交接平台可上下移动地设置在所述支架中，一电机驱动所述货物交接平台沿所述支架上下移动，所述货车内水平设置有若干个储物输送带，所述储物输送带均连接所述支架；

所述支架两侧各层叠设置多个由步进电机驱动的转移输送带，所述货车内沿其前后的方向平行设置若干个货架，所述货架上由多个所述储物输送带将其分隔成若干层放置货物的置物层，所述转移输送带垂直于所述货架的方向设置在货架的前端，所述转移输送带一端连接所述支架，每个所述货架对应所述转移输送带的位置均枢轴设置一由气缸驱动的挡板。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的货运系统，其特征在于：所述后台系统实时跟踪所述货车的位置及所述无人机的位置，并根据所述货车的位置及所述无人机的位置规划所述任务。

3.根据权利要求2所述的基于无人机的货运系统，其特征在于：

所述后台系统规划所述任务包括以下函数：

任务函数：f（ID,w,v,s,sd,t1,t2），其中，ID为任务编号,w为货物重量、v为货物体积，s为任务实时位置，sd为任务目的地，t1为任务交接开始时间，t2为任务交接终止时间;

无人机函数：p(ID,Wmax,Vmax,s,Pt，d)，其中，ID为无人机编号，Wmax为无人机最大载货重量，Vmax为无人机最大载货体积，Pt为无人机剩余最大航程，s为无人机实时位置,d为无人机空闲标识；

货车函数：t（ID,s，sd，d），ID为货车编号，s为货车实时位置，sd为货车目的地，d为货车空闲标识；

任务分配函数：d（f1，p1，t1），其中f1为任务编号，p1为无人机编号，t1为货车编号。

4.根据权利要求3所述的基于无人机的货运系统，其特征在于：所述货车顶部设置一可水平转动的转盘，所述开口设置在所述转盘上，所述转盘上还设置有若干个用于固定所述无人机起落架的夹爪。

5.根据权利要求4所述的基于无人机的货运系统，其特征在于：所述夹爪均包括一套筒，所述套筒内设置一气缸驱动的升降杆，所述升降杆顶端枢轴设置有若干个爪瓣，所述货车顶部还设置有检测所述无人机和所述货物交接平台之间距离的距离传感器。

6.根据权利要求5所述的基于无人机的货运系统，其特征在于：所述货物交接平台上设置一接货传送带。

7.根据权利要求6所述的基于无人机的货运系统，其特征在于：所述货车均为电动无人货车，所述货车行使路线上设置有若干个上下货区，供所述货车驻车以起降所述无人机。

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