CN110053538A - 车载货物接收装置及接收方法 - Google Patents

Abstract

车载货物接收装置及接收方法，属于车载空投货物领域，为了解决安装在汽车车顶的可变形装置能实现在不停车的情况下安全接收固定翼无人机投下的货物的问题，主要由箱体、侧门、控制器、伸缩条、指示灯、前舱门、后舱门、支撑柱、手机APP组成，箱体置于车厢顶部用于容纳货物，箱体内部安有高密度减震海绵，减震海绵的下方设置多个重力感应传感器，所述重力传感器感知货物是否掉落至箱体内，箱体外部为流线型，箱体的一侧设有无把手的所述侧门，箱体内安装的控制器用于控制侧门的开启和闭合，效果是能实现在不停车的情况下安全接收固定翼无人机投下的货物。

Description

车载货物接收装置及接收方法

技术领域

本发明属于车载空投货物领域，涉及一种在车顶安装的具有能够在汽车行进过程中接收固定翼无人机投放货物的装置及其使用方法。

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快速发展，以及无人机在民用和军用市场引发的巨大需求，无人机产业飞速发展。无人机越来越多地出现在人们的日常生活和工、农业生产领域。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发展的一个重要方向。尤其是固定翼飞机。固定翼飞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，更加适合小件物流的远程智能配送。同时，汽车产业在我国的飞速发展，使我国的家庭汽车拥有量逐年提升。利用汽车和固定翼飞机的结合实现小件物品的快速(不停机、不停车)物流是未来我国智能物流行业发展的一个重要分支。目前，国内外的部分科研机构已经开展在天气和地面空间允许的情况下用固定翼无人机伞降物品到指定区域的实验，但是都没有公开汽车和固定翼无人机联合物流的有效方案。固定翼无人机和汽车的联合物流方案优势显而易见，我国低空空域利用率低，有很大的发展空间；同时由于我国各等级公路的数量和质量都越来越高，很容易找到车流量较少、路线较直、路面平整、空域开阔的接收路线；固定翼无人机行业发展迅速，续航里程、载重量和飞控技术都日益进步；而且近郊出行率日益增长，这些因素都都预示基于汽车和固定翼无人机联合物流方案可以在未来广泛应用于小件物品的快速智能物流。此外随着通信速率的提高、汽车和无人机的控制系统的完善，可较为容易地保证固定翼无人机安全地与汽车近距离地保持相对静止。

发明内容

为了解决安装在汽车车顶的可变形装置能实现在不停车的情况下安全接收固定翼无人机投下的货物的问题，本发明提出如下技术方案：一种车载空投货物接收装置，主要由箱体、侧门、控制器、伸缩条、指示灯、前舱门、后舱门、支撑柱、手机APP组成，箱体置于车厢顶部用于容纳货物，箱体内部安有高密度减震海绵，减震海绵的下方设置多个重力感应传感器，所述重力传感器感知货物是否掉落至箱体内，箱体外部为流线型，箱体的一侧设有无把手的所述侧门，箱体内安装的控制器用于控制侧门的开启和闭合，且只有用户通过手机APP与控制器通信并发出相应指令才能打开或关闭侧门，箱体内部的四个边角处安装有可调节高度的四个支撑柱，箱体的中间部位的外周面是由可伸缩的皮质条状材料制成的伸缩条，所述的伸缩条其两个端部分别与箱体的上壳体及底部壳体连接，四个支撑柱上推以伸长使得其向上顶压上壳体，上壳体的向上移动形成的伸缩条向上的拉伸，其增加接收装置的容置深度，使接收装置的容量被扩充，无货物装载时则四个支撑柱呈收缩状；所述前舱门和后舱门一同覆盖在箱体的上方，由滑槽将其与箱体分别连接，所述前舱门和后舱门分别连接于电机，并由电机驱动可向前、向后滑动，在货物掉入舱体后前舱门和后舱门关闭，所述前舱门的前侧、左侧、右侧及后舱门的左侧、右侧和后侧分别设有与水平方向呈130～140度并折叠展开和收起的护栏；在前舱门的上表面设有向无人机指示空投的位置及状态的七行五列的蓝色LED指示灯矩阵；指示灯矩阵的三十五个LED常亮则表示接收装置未准备好接收货物；当只有一个LED灯以一频率闪烁，表示接收装置已准备好接收货物，固定翼无人机的出舱口的下部具有视觉检测装置，对单一频率闪烁的蓝灯以识别而定位出舱口位置，出舱口在投递时被定位于闪烁的LED的正上方，在接收装置的底部对称设有四个固定支架将接收装置固定于车体的行李架上，其中一个固定支架的内部设有连接车内电源的电源线，控制器安装在箱体内部，控制器使用蓝牙协议与用户手机APP通信，并由手机APP向控制器发出指令以驱动指示灯矩阵的闪烁、前后舱门的开启或闭合、前舱门和后舱门护栏的折叠展开或收起，侧门的开启或闭合，所述的手机由移动网络与物流站和固定翼无人机通信。

一种车载空投货物接收方法，物流站向用户发出货物配送请求，由手机APP向用户发出声音和图像提示，用户接收配送请求并输入未来一个时间段内的行车路线，手机APP查询该时间段的路况信息、空域状况、天气信息，当汽车的行车驶路线、路况信息、配送时间、货物尺寸满足接收固定翼无人机配送的货物，手机APP向物流站发送确认信息及经过计算的收货时间和地点，物流站根据收货时间和地点安排的飞行路线距离和飞行时间，规划固定翼无人机起飞时间，并于起飞时间到达时固定翼无人机装载货物飞向约定的收货地点，在固定翼无人机飞向送货地点的过程中，物流站控制无人机与汽车实时通信，并共享地理位置信号，期间，固定翼无人机和汽车实时采集交通情况、天气情况以修正汽车行车路线和无人机的飞行路线，使在某个时间点汽车的行驶路线与固定翼无人机的飞行路线重合，且该路线有一段直线行车路线和安全的空域空间；

固定翼无人机飞近汽车时降低飞行高度，其飞行高度为至接收装置上端面的1米-1.5米，并保持和汽车同样的速度，用户通过手机APP向接收装置的控制器发出指令，以当前投递货物尺寸查询箱体内部空间是否允许接收货物，箱体内部允许接收货物，再以当前投递货物尺寸查询是否需要支撑柱上推扩大箱体体积，并根据查询结果作出相应动作，然后打开前舱门和后舱门，并展开前舱门、后舱门的六个护栏；

固定翼无人机由出舱口投递货物前，手机APP根据汽车行驶的速度、环境风向、风力、出舱口距离箱体的距离、投递货物的体积、投递货物的重量参数，选择空投时无人机出舱口的位置，并用LED矩阵中某个LED以一频率发出蓝光闪烁而表示被定位的出舱口在接收装置上的对应位置，使得固定翼无人机出舱口装有的向下的视觉检测装置，对所述的频率发出蓝光闪烁而识别并定位，由无人机飞行控制系统调节飞机位置，使出舱口被定位于所述的以一频率发出蓝光闪烁LED的正上方而投放货物，投递结束，接收装置收起前舱门、后舱门的六个护栏，关闭前舱门、后舱门；

所述的选择空投时无人机出舱口的位置的方法是：

当货物较轻或是正向来风较大或是行驶速度较快，则对应选择前舱门上1-3行的某个LED以一频率发出蓝光闪烁；

当货物较重或是正向来风较小或是行驶速度较慢，则对应选择前舱门上5-7行的某个LED以一频率发出蓝光闪烁；

当左侧来风较大时，对应选择1-2列的某个LED以一频率发出蓝光闪烁；

当右侧来风较大时，对应选择4-5列的某个LED以一频率发出蓝光闪烁。

有益效果：固定翼无人机飞行路线灵活、载重量大、速度快，汽车普及率高，因此当需要紧急物流时，可利用汽车上安装的装置快速接收固定翼无人机投送的快递，货物运送速度远超其他方式；装置的前舱门和后舱门可以向外135度展开6个护栏，可以增加防护区域已防货物摔落至地面。经过用户APP计算货物体积、重量、飞行速度、风向、风力、无人机距离装置的高度等一系列参数，可以确定一个具体的无人机空投货物位置，并用安装在前舱门的LED指示灯矩阵进行指示，当无人机货仓出口在此位置出货时，才有最大的可能将货物准确地投入箱体。装置中的支撑柱和伸缩条配合使用可加强装置载货空间的灵活性，而且在不接收空投货物时可作为车顶行李箱扩大汽车的存储空间；货物接收过程中汽车与无人机保持相对静止，且固定翼无人机可与汽车保持相对较低的距离进行伴飞(1-1.5米)，箱体内设有高密度减震海绵，可以极大程度上减少货物的破损概率；从固定翼无人机降低高度开始与汽车保持静止到投递完货物飞离，这个过程持续时间较短，不会对行驶在附近的车辆造成影响；装置的安装与车载行李箱安装一样，通过简单的固定工具就可将装置安装在大部分的中、大型车辆上，不受车型限制；当从装置中取货时，只有用户的手机才能控制侧门的开启和闭合，保证装置具有良好的安全性。车载空投货物接收装置配合固定翼无人机可广泛应用于民用、军用等快速小件物流领域。同时，该装置还具有结构简单、使用方便、造价低廉等特性，非常适合在全国进行大范围地推广。

附图说明

图1是接收装置的结构示意图；

图2是投递示意图；

图3是装置俯视图；

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。

图8是投递示意图。

其中：1.指示灯，2.前舱门，3.后舱门，4.伸缩条，5.固定支架，6.侧门，7.箱体，8.可折叠护栏，9.固定翼无人机，10.货物，11.LED灯矩阵。

具体实施方式

一种车载空投货物接收装置由箱体、侧门、伸缩条、指示灯、前舱门、后舱门、支撑柱和用户APP等部分组成。其中箱体为轻质合金材料制成，置于车厢顶部，用于容纳货物。箱体内部安有高密度减震海绵以防止货物下落速度过快而导致的货物受损。减震海绵的下方设置多个重力感应传感器，用来感知货物是否顺利掉落至箱体内。箱体外部的流线型设计具有合理的空气动力学特性，以保证箱体在汽车高速行驶时不会对汽车施加较大的外力。箱体的一侧设有无把手的侧门，由箱体内装置的控制器控制侧门的开启和闭合，即只有当用户通过手机APP与控制器通信并发出相应指令后，侧门才能打开或关闭，方便用户收放物品的同时也能保证箱体的安全性。箱体内部的4个角安装有可调节高度的4个支撑柱，中间的箱体用可伸缩的皮质条状材料制成。当需要接收体积较大的货物时，4个支撑柱同时上推以拉直伸缩条扩充装置的容量。平时不装载大体积货物时，4个支撑柱呈收缩状以减小箱体的风阻。前舱门和后舱门一同覆盖在箱体的上方，通过滑槽与箱体连接，接收货物时由电机驱动可向前、向后滑动，并在货物掉入舱体后关闭。其中前舱门的前方、左侧、右侧设有可135度展开和收起的护栏，后舱门的左侧、右侧和后方也设有可展开的和收起的护栏。在前舱门的表面设有7行5列蓝色LED指示灯矩阵，可向无人机指示空投的位置及状态。其中矩阵35个LED常亮时，表示装置没有准备好接受货物；当只有一个LED灯快闪时，表示装置可以接受货物，且固定翼无人机的投递口应在此快闪LED的正上方。在装置的底部对称设有四个固定支架用于将装置固定于车体的行李架上。其中一个固定支架的内部设有连接车内电源的电源线，方便装置从车体内取电。控制装置安装在箱体内部，可通过蓝牙协议与用户手机通信，可控制45个LED指示灯的闪烁、可控制前后舱门的开启闭合、可控制前舱门和后舱门护栏的展开和收起，可控制侧门的开启和闭合。用户可在手机上安装对应的APP以完善装置功能，利用移动网络APP可以与物流站和送货的无人机通信，通过蓝牙协议APP可与车顶的接收装置通信。

使用方法：物流站首先向用户发出货物配送请求后，APP向用户发出声音和图像提示，用户看到请求后输入未来一个时间段自己的行车路线，APP立即查询该时间段的路况信息、空域状况、天气信息，当汽车的行驶路线、路况信息、配送时间、货物大小等状态都满足接收固定翼无人机配送的货物时，APP向物流站发送确认信息及经过计算的收货时间和地点。需要说明，当配送货物不紧急时，用户收到配送请求并不是立即出发，而是输入某个时间段汽车的行车路线，由APP计算哪个时间点、在哪个位置进行接收最为合理，待用户确认接收方案后。物流站根据飞行路线距离和飞行时间，合理规划起飞时间。起飞后，固定翼无人机装载货物并向约定的送货地点飞去。在固定翼无人机飞向送货地点的过程中，物流站控制无人机实时与汽车实时保持联系，实时共享地理位置信号。在此过程中，无人机和汽车通过实时采集交通情况和天气情况以修正汽车行驶路线和无人机的飞行路线，意图使在某个时间点汽车的行驶路线正好与固定翼无人机无人机的飞行路线完全重合，并该路段有较长的一段直线行车路线和良好的空域空间。

固定翼无人机飞近汽车时会降低飞行高度(降低飞行高度至装置上方1米-1.5米)，并保持和汽车同样的速度。用户通过APP向装置控制器发出指令，首先确定箱内空间是否允许接收货物，是否需要支撑柱上推以扩大箱体体积，然后打开前舱门和后舱门，并展开前后舱门的6个护栏，护栏可以扩大保护区域，当投递出现误差，货物没掉入箱内时，护栏可以保护货物以防货物从装置上掉下摔落到地上。需要注意的是，虽说固定翼无人机和汽车保持相对静止，但是由于横向运动速度扔较快，货物处舱后受正向和侧向来凤影响，会与预计的落地地点产生偏差。所以投递货物之前，APP会根据汽车行驶的速度、环境风向、风力、出舱口距离箱体的距离、投递货物的体积重量等参数，计算出空投时无人机货仓口的位置，并用LED矩阵中某个灯快闪表示，固定翼无人机出舱口装有向下的视觉检测装置，通过飞控系统调节飞机位置，使出舱口处于快闪蓝色LED的正上方，然后投放货物。

此举可使从无人机掉落的货物在风的干扰下尽可能地落在接收装置的中心位置。

例如当货物较轻或是正向来凤较大时或行驶速度较快，对应选择前舱门上1-3行的某个LED灯闪；

当货物较重或是正向来凤较小时或行驶速度较慢，对应选择前舱门上5-7行的某个LED灯闪；

当左侧来风较大时，对应选择1-2列的某个LED灯闪；

当右侧来风较大时，对应选择4-5列的某个LED灯闪；

需要说明如果货物相对密度小，投递过程容易受正向来风干扰，一般对货物进行人工配重。空投完货物，无人机飞向下个投递点或是物流站。安装在减震海绵下的多个重力传感器可以感知货物进入箱体，如果没有则提示用户停车检查。货物进入箱内后，装置收起前舱门和后舱门的6个护栏，关闭前舱门和后舱门。

停车后用户通过APP向控制器发指令打开箱体侧门，取出收到的货物，然后发指令关闭侧门。

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 (2)

1.一种车载空投货物接收装置，其特征在于，主要由箱体、侧门、控制器、伸缩条、指示灯、前舱门、后舱门、支撑柱、手机APP组成，箱体置于车厢顶部用于容纳货物，箱体内部安有高密度减震海绵，减震海绵的下方设置多个重力感应传感器，所述重力传感器感知货物是否掉落至箱体内，箱体外部为流线型，箱体的一侧设有无把手的所述侧门，箱体内安装的控制器用于控制侧门的开启和闭合，且只有用户通过手机APP与控制器通信并发出相应指令才能打开或关闭侧门，箱体内部的四个边角处安装有可调节高度的四个支撑柱，箱体的中间部位的外周面是由可伸缩的皮质条状材料制成的伸缩条，所述的伸缩条其两个端部分别与箱体的上壳体及底部壳体连接，四个支撑柱上推以伸长使得其向上顶压上壳体，上壳体的向上移动形成的伸缩条向上的拉伸，其增加接收装置的容置深度，使接收装置的容量被扩充，无货物装载时则四个支撑柱呈收缩状；所述前舱门和后舱门一同覆盖在箱体的上方，由滑槽将其与箱体分别连接，所述前舱门和后舱门分别连接于电机，并由电机驱动可向前、向后滑动，在货物掉入舱体后前舱门和后舱门关闭，所述前舱门的前侧、左侧、右侧及后舱门的左侧、右侧和后侧分别设有与水平方向呈130～140度并折叠展开和收起的护栏；在前舱门的上表面设有向无人机指示空投的位置及状态的七行五列的蓝色LED指示灯矩阵；指示灯矩阵的三十五个LED常亮则表示接收装置未准备好接收货物；当只有一个LED灯以一频率闪烁，表示接收装置已准备好接收货物，固定翼无人机的出舱口的下部具有视觉检测装置，对单一频率闪烁的蓝灯以识别而定位出舱口位置，出舱口在投递时被定位于闪烁的LED的正上方，在接收装置的底部对称设有四个固定支架将接收装置固定于车体的行李架上，其中一个固定支架的内部设有连接车内电源的电源线，控制器安装在箱体内部，控制器使用蓝牙协议与用户手机APP通信，并由手机APP向控制器发出指令以驱动指示灯矩阵的闪烁、前后舱门的开启或闭合、前舱门和后舱门护栏的折叠展开或收起，侧门的开启或闭合，所述的手机由移动网络与物流站和固定翼无人机通信。

2.一种车载空投货物接收方法，其特征在于：物流站向用户发出货物配送请求，由手机APP向用户发出声音和图像提示，用户接收配送请求并输入未来一个时间段内的行车路线，手机APP查询该时间段的路况信息、空域状况、天气信息，当汽车的行车驶路线、路况信息、配送时间、货物尺寸满足接收固定翼无人机配送的货物，手机APP向物流站发送确认信息及经过计算的收货时间和地点，物流站根据收货时间和地点安排的飞行路线距离和飞行时间，规划固定翼无人机起飞时间，并于起飞时间到达时固定翼无人机装载货物飞向约定的收货地点，在固定翼无人机飞向送货地点的过程中，物流站控制无人机与汽车实时通信，并共享地理位置信号，期间，固定翼无人机和汽车实时采集交通情况、天气情况以修正汽车行车路线和无人机的飞行路线，使在某个时间点汽车的行驶路线与固定翼无人机的飞行路线重合，且该路线有一段直线行车路线和安全的空域空间；

固定翼无人机飞近汽车时降低飞行高度，其飞行高度为至接收装置上端面的1米-1.5米，并保持和汽车同样的速度，用户通过手机APP向接收装置的控制器发出指令，以当前投递货物尺寸查询箱体内部空间是否允许接收货物，箱体内部允许接收货物，再以当前投递货物尺寸查询是否需要支撑柱上推扩大箱体体积，并根据查询结果作出相应动作，然后打开前舱门和后舱门，并展开前舱门、后舱门的六个护栏；

固定翼无人机由出舱口投递货物前，手机APP根据汽车行驶的速度、环境风向、风力、出舱口距离箱体的距离、投递货物的体积、投递货物的重量参数，选择空投时无人机出舱口的位置，并用LED矩阵中某个LED以一频率发出蓝光闪烁而表示被定位的出舱口在接收装置上的对应位置，使得固定翼无人机出舱口装有的向下的视觉检测装置，对所述的频率发出蓝光闪烁而识别并定位，由无人机飞行控制系统调节飞机位置，使出舱口被定位于所述的以一频率发出蓝光闪烁LED的正上方而投放货物，投递结束，接收装置收起前舱门、后舱门的六个护栏，关闭前舱门、后舱门；

所述的选择空投时无人机出舱口的位置的方法是：

当货物较轻或是正向来风较大或是行驶速度较快，则对应选择前舱门上1-3行的某个LED以一频率发出蓝光闪烁；

当货物较重或是正向来风较小或是行驶速度较慢，则对应选择前舱门上5-7行的某个LED以一频率发出蓝光闪烁；

当左侧来风较大时，对应选择1-2列的某个LED以一频率发出蓝光闪烁；

当右侧来风较大时，对应选择4-5列的某个LED以一频率发出蓝光闪烁。