CN109795689A - 固定翼无人机以led灯定位接收装置的方法及低空空投的货物包装装置的货物投递方法 - Google Patents
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Abstract
固定翼无人机以LED灯定位接收装置的方法及低空空投的货物包装装置的货物投递方法，属于低空空投货物领域，为了解决固定翼无人机投掷货物准确性的问题，两个红色光源像素是LED灯C与LED灯D；无人机根据光源像素位置，确定接收装置的开口接收方向，然后固定翼无人机降低飞行高度，正向飞向接收装置的开口处，基于固定翼无人机视角，由该无人机中的数字摄像头检测到的LED灯A与LED灯B之间的白色光源像素距离，通过图像算法，找出两个白色光源像素之间的中点值，及时调整机身的左右位置，效果是增强了投掷货物准确性。
Description
技术领域
本发明属于低空空投货物领域，涉及一种用于低空空投的货物包装装置、包装方法及货物投递方法。
背景技术
最近几年，随着无人机飞控系统软硬件、动力电池、无线通信技术和智能手机等技术的快速发展，无人机产业飞速发展。无人机具有成本低、机动性能好、自动化程度高、使用方便等特点。随着我国通用航空领域的不断开放、无人机续航里程的不断提升和5G通信技术的实现，可以确信利用无人机进行小件物品快递是未来快递行业发展的一个重要方向。其中固定翼无人机相比旋翼无人机具有航程远、速度高、载货量大、运输成本低等特点，随着固定翼无人机起飞、降落技术的日益完善，利用固定翼无人机进行小件货物的低空快速配送必将在多个领域、多个场景下得到广泛应用。固定翼无人机进行小件货物低空配送区别于旋翼无人机的一个显著特点是，固定翼无人机在货物投送地点不会降落、不可悬停，它会以一定速度(70-90公里/时)在货物投送地点上方飞过并从无人机中向地面投下货物。为了防止货物从空中以较快的速度落地并对货物造成损坏，一般会采取2种方法对货物进行减速缓冲：一种方法是在货物上安装降落伞或缓冲气垫，一种方法是在地面安装缓冲减震装置。安装降落伞方式会增加投递成本，且对空中投放的高度、风向、风速有严格要求；加装缓冲气垫的方式进行减震缓冲大多用在距离地面较近的军事领域大型物资空投。以地面安装缓冲减震装置的方法接收低空空投货物，需要保证货物投的准，即能准确投进地面的缓冲装置。由于固定翼无人机投递时的航速较快，飞机距缓冲装置垂直方向有一定距离，且货物的形状、风速、风向等因素都会干扰的投递的准确性。
发明内容
为了解决固定翼无人机投掷货物准确性的问题，本发明提出如下技术方案：一种固定翼无人机以LED灯定位接收装置的方法，其特征在于，LED灯呈矩形放置于接收装置四角处，其中LED灯A与LED灯B为白色且分别位于装置四角的左上部与右上部，LED灯C与LED灯D为红色且分别位于装置四角的右下部与左下部；固定翼无人机水平环绕接收装置飞行的第一圈中，固定翼无人机中的数字摄像头检测到两个白色光源像素和两个红色光源像素，两个白色光源像素是LED灯A与LED灯B，两个红色光源像素是LED灯C与LED灯D；无人机根据光源像素位置，确定接收装置的开口接收方向，然后固定翼无人机降低飞行高度，正向飞向接收装置的开口处，基于固定翼无人机视角，由该无人机中的数字摄像头检测到的LED灯A与LED灯B之间的白色光源像素距离，通过图像算法，找出两个白色光源像素之间的中点值，及时调整机身的左右位置，使固定翼无人机沿两个白色光源像素的中点值飞行；在固定翼无人机调整好机身位置沿两个白色光源像素的中点值飞向接收装置的过程中，该无人机中的数字摄像头检测到的白色光源像素与红色光源像素之间的距离相对于固定翼无人机视觉呈非线性放大，当红色光源像素达到该无人机内的数字摄像头可视区域最低阈值处，固定翼无人机投放货物。
进一步的，若固定翼沿两个白色光源像素之间的中点值方向飞行，检测到的红色光源像素处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处投下货物，则货物可准确投入接收装置中。
进一步的，固定翼无人机检测到的红色光源像素处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处，偏离两个白色光源像素之间的中点值方向，沿中点值方向左侧飞行；若固定翼无人机沿两个白色光源像素中点值偏右侧方向飞行；若固定翼无人机沿两个白色光源像素之间的中点值方向飞行，该无人机内的数字摄像头检测到的红色光源像素未处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处投下货物；若检测到的红色光源像素超过固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值时投下货物。
一种用于低空空投的货物包装装置的货物投递方法，使用所述的固定翼无人机以LED灯定位接收装置的方法进行定位，当固定翼无人机飞到货物投送地点时，被货物包装装置包装的空投货物离开无人机货仓，引线因空投货物重力而被拉直，球体内的引线被拉伸而将压缩空气盒的空气出口打开，压缩空气盒内的压缩空气开始释放，球体内的引线与压缩空气盒分离，空投货物继续下落，由于球体内的引线与压缩空气盒分离，而使得引线能够在引线孔中由球体内部向球体外部移动，球体内部的压缩空气盒的出气孔与球体的引线孔之间的引线，其所贯穿并固定连接的片状胶垫，随着引线与压缩空气盒的出气孔分离，与引线一并相对于向下运动的空投货物具有相对的向上位移，直至片状的胶垫与球体的引线孔接触以阻碍引线相对于引线孔继续移动，空投货物继续下落，引线与球体的引线孔因不再具有相对移动而由引线承担空投货物的重力，无人机货仓顶部的滑道固定连接的可拉断的橡胶环，其在球体外部与球体外的引线固定连接，于引线承担空投货物重力而使得橡胶环被拉断，球体内由压缩空气盒释放的压缩空气将所述的胶垫推压以继续吸附在球体内壁上而使得球体的引线孔被封闭，空投货物脱离固定翼无人机货仓后，球体被压缩空气充气为球形并以平抛形式下落至投递目标。
有益效果：该方法以LED为指引，实现了固定翼无人机投递的指引。
附图说明
图1PVC球体图；
图2柔性高弹L型减震护角图；
图3压缩空气盒图；
图4是LED灯放置图；
图5是飞行路线图；
图6是飞行路线图；
图7是飞行路线图。
其中：1.进气孔，2.背胶，3.出气孔，4.引线，5.胶垫。
具体实施方式
一种用于低空空投的货物包装装置由柔性高弹L型减震护角、压缩空气盒、PVC球体、一次性橡胶环、抽气装置等部分组成。其中高弹L型减震护角为轻质高密丁腈橡胶材质，通过背胶与包装盒(长方体/正方体)的8个角黏贴。压缩空气盒为多种规格的偏扁的长方体，内注满一定Mpa的压缩空气，空气盒一侧设有一个进气孔，另一侧设有1个出气孔。可通过背胶将压缩空气盒与包装盒的一面黏贴。柔性PVC球体由2个半球组成，2个半球之间的接缝处可通过热熔胶进行密封。其中一个半球留有与外界连通且可拉伸的引线，其中一个半球留有抽气孔。根据空投货物的体积和密度选择适当直径的PVC球体，用2个半球将8个角黏贴护角的空投货物包裹住，将引线在球内的一端与压缩空气盒的出气孔相连，再用热熔胶对球体进行密封。抽气装置对密封后的柔性PVC球体进行抽气，柔性PVC球体随即收缩变形至包装盒的大小(长方体/正方体)。球体外的引线外延一端距离并且在另一端连接有一个橡胶环，此橡胶环有不同的直径，不同的直径对应不同的拉力值，当引线给橡胶环的拉力到达断裂值时，橡胶环断裂。将包装后的货物置于无人机的货仓内，将橡胶环与无人机货仓顶部的滑道相连。当固定翼无人机飞到货物投送地点时，空投货物离开无人机货仓，由于重力作用引线被拉直，第一个瞬间球体内的引线拉力将压缩空气盒的空气出口打开，第二瞬间引线上固定的胶垫触碰到球体，拉力进一步增大到货仓内的橡胶环断裂，空投货物完成与无人机货仓分离，以类平抛运动形式飞向地面，压缩空气的快速释放使PVC球体迅速膨胀成球形，球形在平抛过程中消减了风向和风速对货物飞行路线的不确定性干扰，极大程度上增加了货物投进地面减速缓冲装置的准确性。同时，PVC球体和L型减震护角缓冲效果极佳，当空投货物耐冲击时，包装后的货物可直接投向地面。
为了接收固定翼无人机空投的货物，地面通常设置减速缓冲装置(例如减速网或充气气垫)，货物脱离固定翼无人机货仓后变为球形以平抛形式下落，但货物的形状会受风速和风向等因素影响而造成货物飞行轨迹的变形，尤其是飞行速度快、飞机距地面较远时，货物有很大可能落入减速缓冲装置以外的区域，从而受到较大的冲击力破坏。基于本发明的低空空投的货物包装装置包裹的货物在离开货仓后随即受到空气膨胀作用而变成球形，平抛飞行过程中受风速和风向的影响较小，且下落飞行路线较为稳定，可准确地落入地面的减速缓冲装置。
当向地面空投耐冲击的货物时，例如书籍、衣物、救灾物资时，可在货物包装外黏贴较大高弹L型减震护角，可通过无人机直接向地面空投，货物脱离固定翼无人机货仓后随即变为球形以平抛形式下落，落地后柔性PVC球体和8个L型减震护角的形状变形以及球体的向前滚动势能极大程度上将货物对地面的冲击力予以吸收。如果利用降落伞空投货物却需要较高的空投高度，且降落伞的下落轨迹受风向和风速干扰严重。
具体的，一种用于低空空投的货物包装装置，包括丁腈橡胶材质的L型减震护角、压缩空气盒、柔性PVC球体、一次性橡胶环、抽气装置，所述L型减震护角通过背胶粘贴在矩形体状的货物包装盒的八个棱角，其形状与矩形体的货物包装盒的棱角相符，是由三个L型状的丁腈橡胶材质通过边与边垂直连接而成；所述压缩空气盒其内被注满一定压力的压缩空气，在其两个相对面分别设置进气孔和出气孔，压缩空气盒由背胶粘贴使得其与矩形体状的货物包装盒粘贴；所述柔性PVC球体由两个半球组成，其被组合成为整球，在其内部容置货物包装盒，并将两个半球之间的接缝处通过热熔胶密封，其中一个半球的球体具有与外界连通并由引线通过的引线孔，一个半球的球体留有抽气孔，在球体内部，所述引线的一端与压缩空气盒的出气孔相连，且在出气孔与引线孔之间的引线贯穿并固定连接一个片状的胶垫，该引线由胶垫的轴向孔穿过，且引线与胶垫上的引线孔被密封以使得二者被相互固定，引线通过所述引线孔延伸至球体外，所述的引线能于引线孔中由球体内部向球体外部移动，并在球体外所述引线与可拉断的橡胶环固定连接，橡胶环与无人机货仓顶部的滑道固定连接，所述引线孔通过热熔胶被密封，抽气装置对密封的柔性PVC球体通过所述抽气孔抽气，使柔性PVC球体收缩且其形状接近为所述矩形体状的货物包装盒。
一种用于低空空投的货物包装装置的包装方法，使用背胶将丁腈橡胶材质L型减震护角粘贴在货物包装盒的八个棱角，使用背胶将压缩空气盒粘贴在货物包装盒上，压缩空气盒为偏扁的矩形体，其内注满一定压力的压缩空气并于其释放时，该压力足够压缩空气释放并充满球体内部，柔性PVC球体在其内部容置货物包装盒，将两个半球组合成为整球，再将两个半球之间的接缝处通过热熔胶密封，在一个半球的球体设置与外界连通并由引线通过的引线孔，一个半球的球体设置抽气孔，将引线在球内部的一端与压缩空气盒的出气孔相连，且在出气孔与引线孔之间的引线贯穿并固定连接一个片状的胶垫，该引线由胶垫的轴向孔穿过，且引线与胶垫上的引线孔被密封以使得二者被相互固定，并将引线通过所述引线孔延伸至球体外，使得引线能于引线孔中由球体内部向球体外部移动，具有在球体外所述引线与可拉断的橡胶环固定连接，抽气装置对密封的柔性PVC球体通过所述抽气孔抽气，使柔性PVC球体收缩且其形状接近为所述矩形体状的货物包装盒，将橡胶环与无人机货仓顶部的滑道固定连接。
该装置可以以较低的成本提高固定翼无人机空投货物落地点的准确性；用于直接向地面空投时，该装置可以极大程度上减小落地冲击力对货物造成的破坏；用于直接向水面/海面空头时，该装置可以极大程度上减小与水面/海面接触时的冲击力对货物造成的破坏。该包装装置具有增加空投货物飞行稳定性的作用，即利用固定翼无人机进行低空小件货物空投时，当货物离开飞机货仓后，货物的包装会从方形或长方形立刻变成球形，极大程度上消减了风向和风速对货物平抛飞行路线的干扰，增加了货物投进地面减速缓冲装置的准确性。当利用固定翼无人机低空空投抗震性较好的小件货物时，可以无需地面装置的配合，该包装装置可让小件货物直接缓冲落地。即货物离开飞机货仓后立刻变成较大的圆形，货物和包装装置之间安有较大的减震护角，货物可直接落向地面，通过装置外层的PVC充气球面和减震护角与地面撞击时产生的变形来缓冲货物落地时的冲击力。该包装装置具有变形功能，为了增加飞机货仓载货量，该装置在货仓中成矩形或方形，出仓后瞬间变成球形。该包装装置通过机械结构设计实现了货物出仓后的快速变形，不使用电源或电池，环境适应性好。该装置由PVC球体、压缩空气盒、减震护角等常规部件组成，具有生产成本低、使用成本低、使用简单的特点。用于低空空投的货物包装装置，结构简单、成本低、适用多种机型，可提高低空空投货物落入减速缓冲装置的准确性；向地面直接空投时，可减小着地冲击力对货物造成的损害。用于直接向水面/海面空头时，该装置可以极大程度上减小与水面/海面接触时的冲击力对货物造成的破坏。包装装置具有机械结构设计合理、不使用无人机内电源、可折叠存放在无人机货仓内，出仓后空中飞行线路稳定、着地缓冲效果好、成本低等特点，非常适合在小件快速物流等领域内进行大范围推广。
当向水面/海面空投的货物时，货物脱离固定翼无人机货仓后变为球形以平抛形式下落，入水后由于球体的浮力而浮出水面。如果货物密度较大时，可货物外加大码减震护角，即可包裹较大直径的PVC球体，球体的体积变大可保证球体能够浮出水面。球体漂浮在水面且颜色鲜艳利于肉眼识别，方便船上的工作人员打捞回收。基于本发明的空投货物包装装置相比利用降落伞向水面空投或向船体空投，有着空投高度低、落点准确、货物自动上浮等优点。
由上述方案，通过LED定位的方法如下：LED灯呈矩形放置于接收装置四角处，基于固定翼无人机视角的LED灯放置图如图4所示：为确保固定翼无人机可准确识别装置位置，及时调整机身位置及飞行方向，其中LED灯A与LED灯B为白色且分别位于装置四角的左上部与右上部，LED灯C与LED灯D为红色且分别位于装置四角的右下部与左下部。
由于接收装置的方向不定，在固定翼无人机水平环绕接收装置飞行的第一圈中，固定翼无人机中的数字摄像头可检测到两个白色光源像素(LED灯A与LED灯B)和两个红色光源像素(LED灯C与LED灯D)，无人机可根据光源像素位置，确定接收装置的开口接收方向，然后固定翼无人机进一步降低飞行高度，正向飞向接收装置的开口处，基于固定翼无人机视角，通过该无人机中的数字摄像头检测到的LED灯A与LED灯B之间的白色光源像素距离，通过图像算法，找出两个白色光源像素之间的中点值，及时调整机身的左右位置，使固定翼无人机沿两个白色光源像素的中点值飞行。如图5所示：
在固定翼无人机调整好机身位置沿两个白色光源像素的中点值飞向接收装置的过程中，该无人机中的数字摄像头检测到的白色光源像素与红色光源像素之间的距离相对于固定翼无人机视觉呈非线性放大，当红色光源像素达到该无人机内的数字摄像头可视区域最低阈值处(最低阈值的选取根据投放货物及自然影响因素实时计算)，固定翼无人机投放货物。
基于上述表述，如若固定翼沿两个白色光源像素之间的中点值方向飞行，检测到的红色光源像素处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处投下货物，则货物可准确投入接收装置中，如图6中情况1、图7中情况1所示。如若固定翼无人机检测到的红色光源像素处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处，偏离两个白色光源像素之间的中点值方向，沿中点值方向左侧飞行，则会出现如图6中情况2所示；如若固定翼无人机沿两个白色光源像素中点值偏右侧方向飞行，则会出现图6中情况3所示。如若固定翼无人机沿两个白色光源像素之间的中点值方向飞行，该无人机内的数字摄像头检测到的红色光源像素未处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处投下货物，则会出现如图7中情况4所示；如若检测到的红色光源像素超过固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值时投下货物，则会出现图7中情况5所示。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种固定翼无人机以LED灯定位接收装置的方法，其特征在于，LED灯呈矩形放置于接收装置四角处，其中LED灯A与LED灯B为白色且分别位于装置四角的左上部与右上部，LED灯C与LED灯D为红色且分别位于装置四角的右下部与左下部；固定翼无人机水平环绕接收装置飞行的第一圈中，固定翼无人机中的数字摄像头检测到两个白色光源像素和两个红色光源像素，两个白色光源像素是LED灯A与LED灯B，两个红色光源像素是LED灯C与LED灯D；无人机根据光源像素位置，确定接收装置的开口接收方向，然后固定翼无人机降低飞行高度，正向飞向接收装置的开口处，基于固定翼无人机视角，由该无人机中的数字摄像头检测到的LED灯A与LED灯B之间的白色光源像素距离，通过图像算法，找出两个白色光源像素之间的中点值，及时调整机身的左右位置，使固定翼无人机沿两个白色光源像素的中点值飞行；在固定翼无人机调整好机身位置沿两个白色光源像素的中点值飞向接收装置的过程中，该无人机中的数字摄像头检测到的白色光源像素与红色光源像素之间的距离相对于固定翼无人机视觉呈非线性放大，当红色光源像素达到该无人机内的数字摄像头可视区域最低阈值处，固定翼无人机投放货物。
2.如权利要求1所述的固定翼无人机以LED灯定位接收装置的方法，其特征在于，若固定翼沿两个白色光源像素之间的中点值方向飞行，检测到的红色光源像素处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处投下货物，则货物可准确投入接收装置中。
3.如权利要求2所述的固定翼无人机以LED灯定位接收装置的方法，其特征在于，固定翼无人机检测到的红色光源像素处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处，偏离两个白色光源像素之间的中点值方向，沿中点值方向左侧飞行；若固定翼无人机沿两个白色光源像素中点值偏右侧方向飞行；若固定翼无人机沿两个白色光源像素之间的中点值方向飞行，该无人机内的数字摄像头检测到的红色光源像素未处于固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值处投下货物；若检测到的红色光源像素超过固定翼无人机内的摄像头可视区域的最低阈值时投下货物。
4.一种用于低空空投的货物包装装置的货物投递方法，其特征在于，使用权利要求1-3任一项所述的固定翼无人机以LED灯定位接收装置的方法进行定位，当固定翼无人机飞到货物投送地点时，被货物包装装置包装的空投货物离开无人机货仓，引线因空投货物重力而被拉直，球体内的引线被拉伸而将压缩空气盒的空气出口打开，压缩空气盒内的压缩空气开始释放，球体内的引线与压缩空气盒分离，空投货物继续下落，由于球体内的引线与压缩空气盒分离，而使得引线能够在引线孔中由球体内部向球体外部移动，球体内部的压缩空气盒的出气孔与球体的引线孔之间的引线，其所贯穿并固定连接的片状胶垫，随着引线与压缩空气盒的出气孔分离，与引线一并相对于向下运动的空投货物具有相对的向上位移，直至片状的胶垫与球体的引线孔接触以阻碍引线相对于引线孔继续移动，空投货物继续下落，引线与球体的引线孔因不再具有相对移动而由引线承担空投货物的重力，无人机货仓顶部的滑道固定连接的可拉断的橡胶环，其在球体外部与球体外的引线固定连接，于引线承担空投货物重力而使得橡胶环被拉断，球体内由压缩空气盒释放的压缩空气将所述的胶垫推压以继续吸附在球体内壁上而使得球体的引线孔被封闭，空投货物脱离固定翼无人机货仓后，球体被压缩空气充气为球形并以平抛形式下落至投递目标。
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