CN110997490B - 用于运输温控材料的无人机结构 - Google Patents
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Abstract
一种用于在受控温度下承载荷载物的系统，所述系统包括至少一个无人机结构(200)，所述无人机结构包括：至少一个马达(210)，所述马达被布置成处理所述无人机结构(200)；能量单元，所述能量单元被布置成递送电能；控制单元。所述无人机结构(200)还包括热容器(100)，所述热容器包括：隔热外壳(110)，所述隔热外壳包括至少一层隔热材料；至少一个内部温度传感器，所述内部温度传感器被配置成测量所述隔热外壳(110)内部的温度值Tint；至少一个外部温度传感器，所述外部温度传感器被配置成测量所述隔热外壳(110)外部的温度值Text；热单元，所述热单元被布置成调节所述温度值Tint或保持所述温度值恒定。所述控制单元被调试成执行：获取飞行任务，所述飞行任务包括所述无人机结构(200)的着陆位置、到达所述着陆位置的时间限制tmax以及所述飞行任务期间要保持的所述温度值Tint的条件。所述控制单元还被调试用于执行：获取所述温度值Tint和Text；获取所述能量单元中可用的能量的值Eres；计算待提供给所述至少一个马达(210)以使所述无人机结构(200)在时间限制tmax内到达所述着陆位置的能量的值Eeng；计算待提供给所述热单元以符合所述飞行任务期间要保持的所述温度值Tint的条件的能量的值Eterm；计算完成所述飞行任务所需的总能量的值Emis＝Eeng+Eterm；对所述能量值Eres和Emis进行比较。
Description
技术领域
本发明涉及需要在特定温度条件下保存的特殊材料(例如有机材料)的运输。
具体地说，本发明涉及一种能够在运输过程中保证前述温度条件的无人机结构。
背景技术
近年来，随着技术的不断进步，我们看到无人机运输的货物大幅增加。这是因为无论是在城市还是在城市外，无人机都可以使得运输更快、更便宜，并且不需要人工在机上进行操作。特别是，这种类型的运输可以避免在城市中交通、快速穿越未铺砌的区域、克服自然或人为建筑障碍、进入建筑物等。
因此，无人机运输现在在邮政部门也有了很大的发展，并且一般用于小型货物的运输。
因此，有必要通过能够开拓运输速度的无人机运输有机材料(或者整体上为医疗材料)来提高紧急干预(如输血)的有效性。
美国公司Zipline和瑞士邮政(Swiss Post)给出了两个实例，前者在卢旺达实施了血液运输系统，后者正在两所医院之间试验实验室样品运输系统。
然而，在这两种情况下，主要的技术问题在于保持材料在某些精确的热条件下运输。这个问题通过使用隔热容器和利用较短的平均飞行持续时间得到了部分解决。
然而，相关法规通常对某些产品必须保持的热条件具有要求，所述热条件必须以安全的方式得到保证，并且其可靠性必须高于由当前隔热容器保证的可靠性。此外，无人机通常必须能够在非常不同的气候条件下工作，外部温度会极大地改变荷载物所暴露的温度的下降速度，这使得确保合适的温度保持更加困难。
此外，由于飞行中能量优化和产生的技术不断增加，以及无人机上电能来源的容量不断增加，这种运输方式的自主性也在不断提高。因此，很容易预测无人机的飞行时间和飞行距离将在未来几年内稳步增加，这突出了上述在精确的热条件下保持荷载物的问题。
US2014180914A1中示出了一种可能的解决方案，其描述了一种用于在邻近网络中借助无人机运输商业产品的方法、装置和系统。借助温度控制模块，所述系统能够将荷载物保持在预定的温度或湿度。此外，所描述的无人机能够向用户显示无人机能够行驶的最大距离或到达所需的时间。
然而，由于热单元以及温度保持的原因，US2014180914A1中描述的装置并不根据消耗量的变化来估计这些参数。这无法使得系统通过确保符合既定法规要求的热条件(例如，在运输人体有机物质如血液或器官的情况下)来预测无人机是否能够完成其任务。
发明内容
因此，本发明的一个特征是提供一种用于确保在任何外部气候条件下在预定温度值下保持运输的荷载物的无人机结构。
本发明的另一个特征是提供一种使得能够对对所设定的任务参数的符合情况进行持续和远程监控的无人机结构。
这些和其它目的通过一种用于在受控温度下承载荷载物的系统来实现，所述系统包括至少一个无人机结构，所述结构包括：
-至少一个马达，所述马达被布置成移动所述无人机结构；
-能量单元，所述能量单元被布置成递送电能；
-热容器，所述热容器包括：
-隔热外壳，所述隔热外壳包括至少一层隔热材料；
-至少一个内部温度传感器，所述内部温度传感器被配置成测量隔热外壳内部的温度值Tint；
-至少一个外部温度传感器，所述外部温度传感器被配置成测量隔热外壳外部的温度值Text；
-热单元，所述热单元被布置成调节温度值Tint或保持所述温度值恒定；
所述系统包括控制单元，所述控制单元被调试用于执行：
-获取飞行任务，所述飞行任务包括：
-所述无人机结构的着陆位置；
-到达所述着陆位置的时间限制tmax；
-所述飞行任务期间要保持的所述温度的所述值Tint的条件；
-获取温度值Tint和Text；
-获取所述能量单元中可用的能量的值Eres；
-计算待提供给所述至少一个马达以使所述无人机结构在有时间限制tmax内到达着陆位置的能量的值Eeng；
所述系统的主要特征是所述控制单元还被调试用于执行：
-计算待提供给所述热单元以符合所述飞行任务期间要保持的所述温度值Tint的条件的能量的值Eterm；
-计算完成所述飞行任务所需的总能量的值Emis＝Eeng+Eterm；
-对所述能量值Eres与Emis进行比较；
所述系统的主要特征还在于，按照如下方式编程所述控制单元：
-如果Eres≥Emis，则所述控制单元执行以下操作中的至少一项：
-命令所述至少一个马达继续所述飞行任务；
-传输能量充足的信号，特别是通过警示灯和/或警报声和/或远程传输发送的信号；
-等待操作者和/或控制远程单元的命令；
-如果Eres＜Emis，则所述控制单元执行以下操作中的至少一项：
-根据预定算法改变所述飞行任务；
-实施用于降低所述总能量的所述值Emis的策略，并且随后对所述能量值Eres和Emis进行新的比较；
-传输能量不足的信号，特别是通过警示灯和/或警报声和/或远程传输发送的信号；
-中止所述任务；
-等待操作者和/或控制远程单元的命令。
这样，与现有技术相反，所述无人机结构允许监控和
可能修改荷载物保持的温度。此外，所述无人机结构允许实时评估无人机上的能量是否足以保证所需热条件的维持，从而使得只有在满足这些条件才执行任务。
以这种方式，还可以根据用途、任务类型和/或荷载物类型为控制单元提供解决问题的不同程度的自主性。
特别地，提供了至少两个无人机结构，并且控制单元杯调试成执行获取每个无人机结构的能量单元中可用的能量的值Eres以用于将获取的能量的值Eres与值Emis进行比较，并且选择能量的值Eres最接近所述值Emis的无人机结构。
有利的是，降低总能量值Emis的策略可选地包括以下或与以下组合：
-打开存在于热容器上的被布置成允许气流与隔热材料层直接接触的至少一个入口；
-改变飞行高度；
-改变飞行垂直速度；
-寻找相对于预定温度值温度较低的气流。
有利的是，隔热外壳在内部分成至少两个隔室，并且所述热单元被调试成在每个隔室中独立地控制所述温度值Tint。这样，在荷载物不占据整个热容器而仅占据一个隔室的情况下，可以降低将荷载物保持在期望温度所需的能量值Eterm。
特别地，提供用于远程提供热容器的位置的地理定位系统。
有利的是，设置了至少一个被布置成向能量单元提供电能的太阳能电池板。
特别地，以可移除的方式将热容器限制到无人机结构中。这样，一旦任务完成，就可以很容易地将热容器从无人机结构移除，并更容易地进行运输，从而始终将荷载物保持在所需温度。此外，这一方面允许用不同的热容器重复使用无人机结构，减少了一个任务和另一个任务之间的时间。
特别地，能量单元包括与热容器成一体的辅助能量源。这进一步有助于保持容器中所需的温度，即使当容器从无人机结构的剩余部分移除时也是如此。
有利的是，热容器包括用于锁定和解锁开口的装置。这使得能够例如防止未经授权的人员接近荷载物。
特别地，所述系统包括地面站，并且每个无人机结构与所述地面站无线连接，以便周期性地发送关于无人机结构的所有飞行状况的数据。更具体地说，可以向地面站发送关于无人机的位置、热容器和所包含的荷载物的状态、无人机传感器检测到的环境参数、能量的状态等的数据。该信息可实时用于监控荷载物的运输，并可能修改飞行任务的参数，从而即使在飞行任务建立期间未预见到不便的情况下也能够保证运输质量标准。
以这种方式，例如，在运输血液的情况下，系统能够在运输期间、之前和之后分析关于血液本身质量的可用信息。这种信息被迅速地与存储在本地或远程的包含所需的特定规定的数据库进行比较，使得能够基于根据要规则满足的参数激活特定的动作(例如，激活机械搅拌或特定的致动器)和控制(传感器激活、温度设置、使信息发送成为可能)。
有利的是，所述系统评估所运输货物的重量，并将其与已申报的重量进行比较以验证信息的实际一致性，并同时考虑这一信息来执行能量计算。
根据本发明的另一方面，要求保护一种用于在受控温度下承载荷载物的热容器，所述热容器被布置成以可移除的方式被限制到到无人机结构中，所述无人机结构包括：
-至少一个马达，所述马达被布置成移动所述无人机结构；
-能量单元，所述能量单元被布置成递送电能；
所述热容器包括：
-控制单元；
-隔热外壳，所述隔热外壳包括至少一层隔热材料；
-至少一个内部温度传感器，所述内部温度传感器被配置成测量所述隔热外壳内的温度值Tint；
-至少一个外部温度传感器，所述外部温度传感器被配置成测量隔热外壳外部的温度值Text；
-热单元，所述热单元被布置成调节温度值Tint或保持所述温度值恒定；
所述热容器的主要特征是所述控制单元被调试成执行：
-获取飞行任务，所述飞行任务包括：
-所述无人机结构的着陆位置；
-到达所述着陆位置的时间限制tmax；
-所述飞行任务期间要保持的所述温度的所述值Tint的条件；
-获取温度值Tint和Text；
-获取所述能量单元中可用的能量的值Eres；
-计算待提供给所述至少一个马达以使所述无人机结构在所述时间限制tmax内到达所述着陆位置的能量的值Eeng；
-计算待提供给所述热单元以符合所述飞行任务期间要保持的所述温度值Tint的条件的能量的值Eterm；
-计算完成所述飞行任务所需的总能量的值Emis＝Eeng+Eterm；
-对所述能量值Eres与Emis进行比较。
附图说明
本发明的进一步的特性和/或优点通过以下考附图对示例性实施例进行的示例性但非限制性的描述将更加清楚，在附图中：
-图1示出了根据本发明的无人机结构的可能的示例性实施例的透视图；
-图2示出了根据本发明的热容器的可能的示例性实施例的透视图；
-图3示出了控制单元处理信息的过程的逻辑图。
具体实施方式
参考图1和图2，在其示例性实施例中，根据本发明的无人机结构200包括被布置成移动无人机自身的六个马达210、被布置成提供电能的能量单元和控制单元。
此外，无人机结构200包括热容器100，所述热容器具有由隔热材料制成的隔热外壳110、至少一个内部温度传感器和至少一个外部温度传感器，所述内部温度传感器被配置成测量隔热外壳110内的温度值Tint，所述外部温度传感器被配置成测量隔热外壳110外部的温度值Text。此外，容器100包括热单元，所述热单元被布置成调节温度值Tint或保持所述温度值恒定。
参考图3的图表，给定一些参数的实时值，控制单元能够评估是否有可能运输温度受控荷载物，从而确保符合规定和飞行任务。
特别地，所述单元接收指定的飞行任务作为输入：
-无人机200的着陆位置；
-到达所述着陆位置的所述时间限制tmax；
-所述飞行任务期间要保持的所述温度的所述值Tint的条件：这个条件例如是根据现行法规给出的。
给定飞行任务，控制单元可以计算要供应给马达210的能量Eeng以在时间限制tmax内使无人机200处于所述着陆位置。此外，通过各自的温度传感器获取值Tint和Text的，控制单元可以处理待提供给热单元的能量值EtermEterm以符合飞行任务期间要保持的温度值Tint的条件。这样，控制单元可以计算完成飞行任务所需的总能量值：
Emis＝Eeng+Eterm
控制单元最终获得存在于能量单元中的能量剩余值Eres。如果除了主电源之外，容器100上也有辅助电源，则控制单元还获取将增加值Eres的剩余能量值Eaux。
根据前面的处理，控制单元通过比较Eres和Emis的值来最终评估是否有可能完成任务。
在出现条件Eres≥Emis的情况下，控制单元可被编程为自动继续执行任务，向210发动机发出相应的命令，或例如通过光或远程传输发送能量充足的信号，并等待来自操作者或另一控制单元的指令。
相反，如果发生条件Eres＜Emis，则可以将控制单元编程为执行各种操作，包含：
-根据预定算法改变所述飞行任务；
-实施降低总能量值Emis的策略，例如改变飞行高度、打开容器100上气流的输入、改变无人机的垂直速度、寻找冷空气流等；
-发出能量不足的信号，并且等待操作者或另一控制单元的命令；
-中止所述任务。
通过这种方式，控制单元始终确保符合荷载物(如必须保持在一定的温度范围内的血液、器官或实验室材料)运输的规定。
前面对一些示例性具体实施例的描述将根据概念的观点如此全面地揭示本发明，使得其它实施例在无需进一步研究的情况下并且不脱离本发明情况下通过应用当前的知识将能够在各种应用中修改和/或改编特定的示例性实施例，并且因此，这意味着必须将这种改编和修改视为等同于所述特定的实施例。因此，在不脱离本发明的领域的情况下，用于实现本文所述的不同功能的装置和材料可以具有不同的性质。应当理解，本文采用的措词或术语是出于描述的目的，而不是为了限制。
Claims (10)
1.一种用于在受控温度下承载荷载物的系统，所述系统包括至少一个无人机结构(200)，所述无人机结构包括：
-至少一个马达(210)，所述马达被布置成移动所述无人机结构(200)；
-能量单元，所述能量单元被布置成递送电能；
-热容器(100)，所述热容器包括：
-隔热外壳(110)，所述隔热外壳包括至少一个隔热材料层；
-至少一个内部温度传感器，所述内部温度传感器被配置成测量所述隔热外壳(110)内部的温度值Tint；
-至少一个外部温度传感器，所述外部温度传感器被配置成测量所述隔热外壳(110)外部的温度值Text；
-热单元，所述热单元被布置成调节所述温度值Tint或保持所述温度值Tint恒定；
所述系统包括控制单元，所述控制单元被调试用于执行：
-获取飞行任务，所述飞行任务包括：
-所述无人机结构(200)的着陆位置；
-到达所述着陆位置的时间限制tmax；
-所述飞行任务期间保持所述温度值Tint的条件；
-获取所述温度值Tint和Text；
-获取所述能量单元中可用的能量值Eres；
-计算待提供给所述至少一个马达(210)以使所述无人机结构(200)在所述时间限制tmax内到达所述着陆位置的能量值Eeng；
所述系统的特征在于，所述控制单元还被调试用于执行：
-计算待提供给所述热单元以符合所述飞行任务期间保持所述温度值Tint的所述条件的能量值Eterm；
-计算完成所述飞行任务所需的总能量值Emis＝Eeng+Eterm；
-对所述能量值Eres和Emis进行比较；
并且所述系统的特征还在于，按如下方式编程所述控制单元：
-如果Eres≥Emis，则所述控制单元执行以下操作中的至少一项：
-命令所述至少一个马达(210)继续所述飞行任务；
-传输通过警示灯和/或警报声和/或远程传输发送的能量充足的信号；
-等待操作者和/或控制远程单元的命令；
-如果Eres<Emis，则所述控制单元执行以下操作中的至少一项：
-根据预定算法改变所述飞行任务；
-实施用于降低所述总能量的所述值Emis的策略，并且随后对所述能量值Eres和Emis进行新的比较；
-传输通过警示灯和/或警报声和/或远程传输发送的能量不足的信号；
-中止所述任务；
-等待操作者和/或控制远程单元的命令。
2.根据权利要求1所述的系统，其中提供至少两个无人机结构(200)，并且其中所述控制单元被布置成执行获取每个无人机结构(200)的所述能量单元中可用的能量值Eres以将获取的每个能量值Eres与所述值Emis进行比较，并且选择所述能量值Eres与所述值Emis更接近的无人机结构(200)。
3.根据权利要求1所述的系统，其中降低所述总能量值Emis的所述策略可选地包括以下或与以下组合：
-打开存在于所述热容器(100)上的且被布置成允许空气流动与所述隔热材料层直接接触的至少一个入口；
-改变飞行高度；
-改变飞行垂直速度；
-搜索相对于预定温度值温度较低的气流。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述隔热外壳(110)在内部分成至少两个隔室，并且其中所述热单元被调试成在所述隔室中的每一个隔室中独立地控制所述温度值Tint。
5.根据权利要求1所述的系统，其中提供被调试成远程提供所述热容器(100)的位置的地理定位系统。
6.根据权利要求1所述的系统，其中提供被布置成向所述能量单元提供电能的至少一个太阳能电池板。
7.根据权利要求1所述的系统，其中以可移除的方式将所述热容器(100)限制到所述无人机结构(200)中。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述能量单元包括与所述热容器(100)成一体的辅助能量源。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述热容器(100)包括锁定和解锁装置。
10.一种用于在受控温度下承载荷载物的热容器(100)，所述热容器(100)被布置成以可移除的方式被限制到无人机结构(200)中，所述无人机结构(200)包括：
-至少一个马达(210)，所述马达被布置成移动所述无人机结构(200)；
-能量单元，所述能量单元被布置成递送电能；
所述热容器(100)包括：
-控制单元；
-隔热外壳(110)，所述隔热外壳包括至少一个隔热材料层；
-至少一个内部温度传感器，所述内部温度传感器被配置成测量所述隔热外壳(110)内的温度值Tint；
-至少一个外部温度传感器，所述外部温度传感器被配置成测量所述隔热外壳(110)外部的温度值Text；
-热单元，所述热单元被布置成调节所述温度值Tint或保持所述温度值Tint恒定；
所述热容器(100)的特征在于，所述控制单元被调试成执行：
-获取飞行任务，所述飞行任务包括：
-所述无人机结构(200)的着陆位置；
-到达所述着陆位置的时间限制tmax；
-所述飞行任务期间保持所述温度值Tint的条件；
-获取所述温度值Tint和Text；
-获取所述能量单元中可用的能量的值Eres；
-计算待提供给所述至少一个马达(210)以使所述无人机结构(200)在所述时间限制tmmax内到达所述着陆位置的能量值Eeng；
-计算待提供给所述热单元以符合所述飞行任务期间保持所述温度值Tint的所述条件的能量值Eterm；
-计算完成所述飞行任务所需的总能量的值Emis＝Eeng+Eterm；
-对所述能量值Eres和Emis进行比较。
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