CN113232866B - 无人机货物配送装载与投递装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种无人机货物配送装载与投递装置与方法。所述装置包括货舱机构、货舱舱门控制机构以及货舱升降控制机构，货舱机构包括舱门和多个嵌套式的下部开口的壳体，相邻两层壳体之间能够平滑移动，外面一层的所述壳体的最下端卡住相邻里层所述壳体的最上端；货舱舱门控制机构用于控制舱门的开启与关闭；货舱升降控制机构用于控制货舱机构的伸长和收缩。嵌套式壳体组成伸缩货舱，可以同时做到货物在货舱内的稳定不易掉落和不降落投递，且货舱结构简单易制作安装，成本低。投递全程不用降落，配送过程连续性加强，有效续航不会因为投递货物而降低。

Description

无人机货物配送装载与投递装置和方法
技术领域
本申请涉及无人机货物投递技术领域，特别是涉及一种无人机货物配送装载与投递装置和方法。
背景技术
当前，市面上的配送无人机主要有两种方式携带有效载荷，一种是采用固定货舱携带，另一种是使用夹具来携带载荷。
采用夹具来携带载荷，其不足在于：夹具对于所夹载荷的形状有限制，对于不规则的物体，夹取时不稳定，夹取的力度难以把握，力小了在飞行过程中物品容易掉落，力大了又容易损坏物品；另外有效载荷完全暴露在外，如果夹具不牢，则有效载荷可能会从空中掉落，而且针对一些小型轻质量载荷在空中投递的过程中会出现载荷被风吹飞，不能准确投递到快递仓内；夹具的结构相对复杂，制作成本高，不易替换和维修。
用固定货舱携带载荷可以一定程度上解决载荷形状局限性的问题，且货舱易安装成本低，但其不足点在于投放货物需要飞机落地，投放精度不高，无法用于需要比较高精度投放的应用场景。若要精确投放，需要不断起降调整飞机投放位置，大大降低了飞行的连续性和有效续航能力。
现有的无人机货物配送装载与投递装置，不能满足在不降低有限续航能力的情况下，对小型轻质量货物的投递。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种无人机货物配送装载与投递装置和方法。该装置主要用于无人机配送过程中货物的保持与投递。
一种无人机货物配送装载与投递装置，所述装置包括：
货舱机构，包括舱门和多个嵌套式的下部开口的壳体，每层所述壳体之间能够平滑移动，外面一层的所述壳体的最下端卡住相邻里层所述壳体的最上端；除最内层所述壳体以外的所有所述壳体任意一个侧面的最下端中间位置有一个正方形缺口；所述货舱机构最外层壳体的上端固定连接在无人机的下面。
货舱舱门控制机构，包括舵机和舵机控制器；所述舵机和所述舵机控制器均安装在最内层所述壳体与正方形缺口所在面对应的侧面的底部；所述舵机与所述舱门用连接杆穿过正方形缺口直接连接；所述货舱舱门控制机构安装在所述无人机下面；所述货舱舱门控制机构用于控制所述舱门的开启与关闭。
货舱升降控制机构，包括减速电机、转轴以及牵拉件，所述牵拉件连接所述货舱机构的最内层壳体，所述牵拉件的最底端与所述舵机连接；所述货舱升降机构用于控制所述货舱机构的伸长和缩回。
在其中一个实施例中，多个嵌套式的下部开口的所述壳体通过导轨实现相邻两层外壳之间的滑动。
在其中一个实施例中，所述壳体的数量是通过无人机可悬停的高度和所述壳体的高度确定的。
在其中一个实施例中，所述牵拉件包括绳索或薄膜带。
在其中一个实施例中，多个嵌套式的下部开口的所述壳体为矩形壳体或其他形状的结构稳定的壳体。
一种无人机货物配送装载与投递方法，所述方法基于上述的无人机货物配送装载与投递装置的无人机货物配送装载与投递方法；所述方法包括：
通过舵机控制器控制舵机运动，打开舱门，将货物装载在无人机的货舱中，控制无人机起飞，并飞行至指定投递区域。
无人机悬停在指定投递区域上方，并通过减速电机控制牵拉件使货舱伸长。
当货舱完全伸长时，货舱的最底端还没有到达指定位置，则调整无人机的悬停高度和位置，直至货舱的最底端到达指定位置为止。
控制减速电机使电机停止动作，通过舵机控制器控制舵机运动，舵机带动舱门运动，打开舱门使货物垂直平稳落到指定位置。
当货物放置到指定位置后，无人机垂直起飞。
当货舱最底端远离货物时，通过舵机控制器控制舵机运动，关闭舱门。
通过减速电机控制牵拉件使货舱收缩。
上述无人机货物配送装载与投递装置与方法，所述装置包括货舱机构、货舱舱门控制机构以及货舱升降控制机构，货舱机构包括舱门和多个嵌套式的下部开口的壳体，相邻两层壳体之间能够平滑移动，外面一层的所述壳体的最下端卡住相邻里层所述壳体的最上端；除最内层所述壳体以外的所有所述壳体任意一个侧面的最下端中间位置有一个正方形缺口；货舱机构最外层壳体的上端固定连接在无人机的下面；货舱舱门控制机构用于控制舱门的开启与关闭；货舱升降控制机构用于控制货舱机构的伸长和缩回。本发明中嵌套式壳体组成伸缩货舱，可以同时做到货物在货舱内的稳定不易掉落和不降落投递，且货舱结构简单易制作安装，成本低。投递全程不用降落，配送过程连续性加强，有效续航不会因为投递货物而降低。
附图说明
图1为一个实施例中无人机结构示意图；
图2为一个实施例中无人机货物配送装载与投递装置组成结构示意图；
图3为另一个实施例中无人机货物配送装载与投递方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1、图2所示，提供了一种无人机货物配送装载与投递装置，该装置包括：货舱机构，包括舱门101和多个嵌套式的下部开口的壳体102，相邻两层壳体102之间能够平滑移动，外面一层的壳体102的最下端卡住相邻里层壳体102的最上端；除最内层壳体102以外的所有壳体任意一个侧面的最下端中间位置有一个正方形缺口103；货舱机构最外层壳体102的上端固定连接在无人机的下面。壳体102的数量决定无人机货舱能够下降的高度。
货舱舱门控制机构，包括舵机201和舵机控制器202；舵机201和舵机控制器202均安装在最内层壳体102与正方形缺口103所在面对应的侧面的底部；舵机201与舱门101用连接杆穿过正方形缺口103直接连接；货舱舱门控制机构20安装在无人机下面；货舱舱门控制机构用于控制舱门101的开启与关闭。
货舱升降控制机构30，包括减速电机301、转轴302以及牵拉件303，牵拉件303连接货舱机构的最内层壳体，牵拉件303的最底端与舵机201连接；货舱升降机构30用于控制货舱机构的伸长和缩回。
多个嵌套式的下部开口的壳体101组成的货舱是一个可伸缩货舱，可以通过减速电机301和牵拉件303控制伸缩货舱的伸长和收缩。
在最内层以外的壳体的任意一个侧面下端的中间位置开一个正方形缺口，这是为了确保舵机连接杆只和最内层连接，确保可伸缩货舱能够在减速电机和牵拉件的控制下自由伸缩。
在投递过程中，货物随着货舱降落到地面，再进行货舱位置微调，可以弥补由于无人机自身稳定性不足而带来的投递偏差。
上述无人机货物配送装载与投递装置中，所述装置包括货舱机构、货舱舱门控制机构以及货舱升降控制机构，货舱机构包括舱门和多个嵌套式的下部开口的壳体，相邻两层壳体之间能够平滑移动，外面一层的所述壳体的最下端卡住相邻里层所述壳体的最上端；除最内层所述壳体以外的所有所述壳体任意一个侧面的最下端中间位置有一个正方形缺口；货舱机构最外层壳体的上端固定连接在无人机的下面；货舱舱门控制机构用于控制舱门的开启与关闭；货舱升降控制机构用于控制货舱机构的伸长和缩回。本发明中嵌套式壳体组成伸缩货舱，可以同时做到货物在货舱内的稳定不易掉落和不降落投递，且货舱结构简单易制作安装，成本低。投递全程不用降落，配送过程连续性加强，有效续航不会因为投递货物而降低。
在其中一个实施例中，多个嵌套式的下部开口的壳体通过导轨实现相邻两层外壳之间的滑动。
在其中一个实施例中，壳体的数量是通过无人机可悬停的高度和壳体的高度确定的。
在其中一个实施例中，牵拉件包括绳索或薄膜带。
作为优选牵拉件包括钢丝绳。
在其中一个实施例中，多个嵌套式的下部开口的壳体为矩形壳体或其他形状的结构稳定的壳体。
在其中一个实施例中，货舱机构的包括两个可相互自由滑动的下端开口的矩形壳体，外面一层的矩形壳体的最下端能够卡住相邻内层的最上端防止内层掉落，外层矩形壳体的一个侧面的下端的中点位置有一个正方形缺口，正方形缺口的大小比舵机连接杆的横截面积略大一些，舵机安装在内层矩形壳体上，舵机通过连接杆和舱门连接，货舱升降控制机构安装在无人机下部，通过货舱升降机构包括减速机、钢丝绳和转轴，钢丝绳连接内层矩形壳体，钢丝绳连接最底部的舵机，通过转速电机带动转轴转动，从而通过控制钢丝绳，带动舵机的升降从而带动货舱的升降，进而控制货舱的伸长和缩回。
通过舵机带动舱门的转动进行将货物投递出去，因为舵机直接连接最底层的挡板所以可由控制舵机的升降来控制货舱的升降。
本发明的优点是在于无人机可以不用降落就实现平稳投递货物增加配送安全性，且配送过程中载荷完全处于货舱内，配送过程中载荷的稳定性更好，不会出现载荷被风吹飞，造成载荷丢失的现象。
在一个实施例中，如图3所述，提供了一种无人机货物配送装载与投递方法，该方法基于上述的无人机货物配送装载与投递装置的无人机货物配送装载与投递方法；方法如下步骤：
步骤S1：通过舵机控制器控制舵机运动，打开舱门，将货物装载在无人机的货舱中，控制无人机起飞，并飞行至指定投递区域。
步骤S2：无人机悬停在指定投递区域上方，并通过减速电机控制牵拉件使货舱伸长。
步骤S3：当货舱完全伸长时，货舱的最底端还没有到达指定位置，则调整无人机的悬停高度和位置，直至货舱的最底端到达指定位置为止。
步骤S4：控制减速电机使电机停止动作，通过舵机控制器控制舵机运动，舵机带动舱门运动，打开舱门使货物垂直平稳落到指定位置。
步骤S5：当货物放置到指定位置后，无人机垂直起飞。
步骤S6：当货舱最底端远离货物时，通过舵机控制器控制舵机运动，关闭舱门。
步骤S7：通过减速电机控制牵拉件使货舱收缩。
在投递过程中，货物随着货舱降落到地面，再进行货舱位置微调，可以弥补由于无人机自身稳定性不足而带来的投递偏差。
在另一个实施例中，以轴距为450mm的小型无人机投递70g的小型长方体货物为例，运用现在大多数的配送方式由于货物过小，货物暴露在外容易因夹具不牢而造成丢失，且无人机落地后货物易倾倒，倾倒的小质量货物容易在无人机起飞时被吹动，从而偏离指定区域。运用此技术，货物完全在货舱内，减小了外界的风对货物的影响，在配送过程中货物不会丢失。在投递过程中无人机不直接降落到地面，减少无人机与人的接触，从而增强了无人机配送的安全性。由于最底层货舱与货物尽可能贴合，货物正直放在货舱内，在投递过程中也减少了货物倾倒的可能性。在实验过程中货物全部平稳落地并停留在指定区域。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种无人机货物配送装载与投递装置，其特征在于，所述装置包括：
货舱机构，包括舱门和多个嵌套式的下部开口的壳体，每层所述壳体之间能够平滑移动，外面一层的所述壳体的最下端卡住相邻里层所述壳体的最上端；除最内层所述壳体以外的所有所述壳体任意一个侧面的最下端中间位置有一个正方形缺口；所述货舱机构最外层壳体的上端固定连接在无人机的下面；
货舱舱门控制机构，包括舵机和舵机控制器；所述舵机和所述舵机控制器均安装在最内层所述壳体与正方形缺口所在面对应的侧面的底部；所述舵机与所述舱门用连接杆穿过正方形缺口直接连接；所述货舱舱门控制机构安装在所述无人机下面；所述货舱舱门控制机构用于控制所述舱门的开启与关闭；
货舱升降控制机构，包括减速电机、转轴以及牵拉件，所述牵拉件连接所述货舱机构的最内层壳体，所述牵拉件的最底端与所述舵机连接；所述货舱升降机构用于控制所述货舱机构的伸长和缩回。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个嵌套式的下部开口的所述壳体通过导轨实现相邻两层外壳之间的滑动。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体的数量是通过无人机可悬停的高度和所述壳体的高度确定的。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述牵拉件包括绳索或薄膜带。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个嵌套式的下部开口的所述壳体为矩形壳体或其他形状的结构稳定的壳体。
6.一种无人机货物配送装载与投递方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-5任一项所述的无人机货物配送装载与投递装置的无人机货物配送装载与投递方法；所述方法包括：
通过舵机控制器控制舵机运动，打开舱门，将货物装载在无人机的货舱中，控制无人机起飞，并飞行至指定投递区域；
无人机悬停在指定投递区域上方，并通过减速电机控制牵拉件使货舱伸长；
当货舱完全伸长时，货舱的最底端还没有到达指定位置，则调整无人机的悬停高度和位置，直至货舱的最底端到达指定位置为止；
控制减速电机使电机停止动作，通过舵机控制器控制舵机运动，舵机带动舱门运动，打开舱门使货物垂直平稳落到指定位置；
当货物放置到指定位置后，无人机垂直起飞；
当货舱最底端远离货物时，通过舵机控制器控制舵机运动，关闭舱门；
通过减速电机控制牵拉件使货舱收缩。
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