CN114401896A - 城市空中机动货物模块交换系统 - Google Patents

Abstract

一种用于电子短距离起飞和着陆空中交通工具的货物模块交换系统，包括自主驱动的机器人交通工具，该机器人交通工具用于在自主电动飞行器上运输和交换货物模块。该机器人交通工具具有用于受控的物资装卸和操纵的两个或更多个机器人臂，每个机器人臂被构造成进行货物储仓直接到电动短距离起飞和着陆(ESTOL)飞行器的中央机身的前部的尾端上的安装、移除和替换。该货物储仓被构造成用作飞行器的中央机身的尾部。

Description

城市空中机动货物模块交换系统

技术领域

本发明总体上涉及固定翼飞行器，更特别地，涉及电动力固定翼飞行器，仍更特别地，涉及适用于在城市环境中极短场地起飞和着陆的STOL电动飞行器，再更特别地，涉及与ESTOL飞行器一起使用的自主机器人货物储仓交换系统。

背景技术

大都市包裹运输涉及货物从“仓库到仓库”的移动。在“仓库到仓库”运输中，主仓库是位于偏远农村的大型履行(fulfillment)中心。其次，较小的仓库是靠近城市中心的配送站。最后一英里的配送来自这些配送站位置。众所周知，旅程的最后一站(地面配送到最终目的地)是绝大多数运送中最昂贵的部分。因此，配送站的位置越靠近人口稠密的地区，则包裹配送的效率和经济性就越高。

医疗保健设施特别需要快速配送包裹。医院、手术中心、紧急护理诊所和附属支持设施需要快速且可靠的包裹运输。医疗包较小，价格昂贵，并且随时需要。此外，医疗包数量庞大。典型的医院拥有与超市一样多的条码SKU：将近50,000个。在手术中心和外科医院，供应链可以占到费用的40％。大多数医院位于人口稠密的城市地区，那里的空间非常宝贵并且存储空间很少。

此外，医疗保健中心无法准确预测每天所需的特定用品的库存。因此，对于此类设施，存在按需使用快速运送的做法。该行业的运送成本主要由昂贵的快递配送主导。在典型的城市环境中，包裹从偏远的履行仓库空运到在大都市地区潜在的若干个航空港和机场中的一个处的配送站。在那里装载紧凑型城市货车，以将包裹配送到最终目的地(最后一英里配送)。医疗保健设施往往彼此靠近聚集，使得地面配送相对高效且经济。

通过添加利用本发明的ESTOL并且服务于市区的单个位置良好的空中港口，能够将高百分比的医疗保健设施放置当日服务空中配送站的短距离中。

无论是乘客还是货物，城市空中机动(“UAM”)系统的经济可行性都充分利用。实现这一目标又取决于高到达率和离开率、快速周转时间和快速巡航速度，这进一步取决于智能系统和机器人技术的使用。更进一步，充分的利用取决于乘客运输和货物运输的用途。在相关申请中描述了非常适合于UAM系统的交通工具。本文描述了利用该飞行器进行货物运输所需的机器人货物模块交换系统的实施例。

前述专利反映了本发明人了解的现有技术。对这些专利的引用和讨论旨在帮助履行申请人在公开可能与审查本发明的权利要求相关的信息时承认的坦率义务。然而，恭敬地提出，上述专利在被单独或组合考虑时均未公开、教导、建议、展示或以其它方式使本文描述和要求保护的发明显而易见。

发明内容

ESTOL飞行器的乘客模型旨在用于拥挤的城市环境，并且可以适合用于建造屋顶空中港口。例如，参见国际专利申请WO2018/213190和WO2020117692中描述的ESTOL飞行器，所述专利申请均由本发明人提出并且适用于与本发明的货物交换系统一起使用。

本发明是一种使用自主驱动的货物模块交换机器人的系统，该货物模块交换机器人旨在与相同类型的ESTOL一起使用，但是是在地面机场上而不是在屋顶空中港口上。该交通工具包括自行式模块化运输机，该自行式模块化运输机具有用于受控的物资装卸和操纵的机器人臂，以进行货物储仓直接到ESTOL飞行器中和ESTOL飞行器上的安装、移除和替换。对于使用本发明交通工具的系统而言，对地面机场的偏好(或特别适用性)仅仅是因为，作为货物的城市包裹就其本质而言并不能有效地装入高层办公楼以便在建筑物内移动；它们也不能首先在建筑物内有效地垂直运输以便稍后的水平运输。换言之，将城市包裹从地面运输(轮船、火车、卡车、汽车)转移，然后将包裹放入升降机，将它们转移到飞行器，然后在配送时反转整个过程是没有意义的。升降机步骤是不必要的且浪费的。因此，该系统将城市空中机动系统的自主(即，无人驾驶)ESTOL的最佳使用扩展并且延伸到城市包裹运输环境，优选基于地面机场的使用。

如前所述，在拥挤的城市中，包裹的最后一英里配送通常使用相对紧凑的城市货车来完成。本发明的UAM系统、甚至更特别是本发明的货物储仓交换系统被明确地设计成有助于快速装卸两辆城市货车的“完整负载”。UAM飞行器具有两个货物储仓，每个货车对应一个货物储仓。当城市货车带着典型的箱子、袋子和信封的组合出去配送时，一个完整的负载大约等于150个包裹。为了最小化运送成本，装卸被最小化。大多数负载可以在履行中心处被预分拣，从而最大限度地减少在配送站处的分拣或装卸。在配送站处，包裹仅被简单地从储仓转移到城市货车。针对路线和快速可及配送来安排和组织最大数量的包裹。

本发明的UAM货物系统专门为包裹运输而设计，并且为医疗保健行业提供大量节省和改进的服务。计算显示商业和经济可行性是基于“以隔夜价格的一半提供当日服务”。优势很明显。

在实施例中，本发明提供了一种新的且改进的物资装卸货物模块(货物储仓)交换系统，该系统使用自主控制和驱动的机器人来交换ESTOL飞行器中的进入的货物储仓与出来的货物储仓。

在其它实施例中，本发明提供了一种物资装卸货物模块交换系统，该系统能够在一分钟内完成货物模块交换，从而使飞行器周转时间(着陆、经历模块交换、起飞)在七分钟内完成。

又一些实施例提供了一种物资装卸货物模块交换系统，该系统消除了由于人为错误而对货物和物资装卸设备造成的损坏。

从上述内容可以看出，在其最重要的实施例中，本发明是一种用于电子短距离起飞和着陆空中交通工具的货物模块交换系统，该货物模块交换系统包括用于在自主电动飞行器上运输和交换货物模块的自主驱动的机器人交通工具，该机器人交通工具具有用于受控的物资装卸和操纵的机器人臂，并且该机器人臂被构造成进行货物储仓直接到电动短距离起飞和着陆(ESTOL)飞行器的中央机身的前部的尾端上的安装、移除和替换，其中该货物储仓被构造成用作中央机身的尾(后)部。

通过结合附图考虑的以下描述，将更好地理解本发明的关于组织和操作方法的其它新颖特征以及本发明的其它的目的和优点，在附图中，本发明的优选实施例通过举例方式被说明。然而，应明确理解，附图仅用于说明和描述，并不旨在作为对本发明的限制的限定。作为本发明特征的各种新颖性特征在所附的形成本公开的一部分的权利要求中被特别指出。本发明不在于单独采用这些特征中的任何一个，而是在于用于指定功能的其所有结构的特定组合。

附图说明

当考虑以下本发明的详细描述时，将更好地理解本发明，并且除了上述目的之外的其它目的将变得显而易见。这种描述参考了附图，其中：

当考虑以下本发明的详细描述时，将更好地理解本发明，并且除了上述目的之外的其它目的将变得显而易见。这种描述参考了附图，其中：

图1是示出在操作中的本发明的货物储仓交换系统的左上后透视图，即，该货物储仓交换系统位于ESTOL机身的尾部的正后方并且跨坐在单个后起落架支柱上，并且被构造成从飞行器移除储仓并且用第二储仓来替换被移除的储仓；

图2是与图1相同构造的货物储仓交换系统的右上后透视图；

图3是左上后透视图，示出了货物储仓交换系统已经将货物储仓从ESTOL飞行器脱离并分离以准备用第二货物储仓来替换该货物储仓，该第二货物储仓被示出为被设置在被移除的货物储仓的后方；

图4是图3的右上后透视图；

图5是右上后透视图，示出了移除和替换操作已经进行，使得被移除的货物储仓被清理出去并且远离ESTOL，使得替换储仓能够向前移动并且插入到位；

图6是右上后透视图，示出了移除和替换操作已经进一步进行，其中替换储仓现在移动到与飞行器对准，以联接到机身的尾部；

图7是右上后透视图，示出了替换货物储仓已经联结到机身并且因此形成机身的功能部分；并且

图8是图7的俯视图。

具体实施方式

参考图1至图8，其中相同的附图标记在各个视图中指代相同的部件，其中示出了一种新的且改进的城市空中机动飞行器10，该飞行器10被构造成与本发明的货物模块交换系统和设备一起使用，该货物模块交换系统和设备在本文中被总体命名为100。图1至图8示出本发明的飞行器以及货物储仓交换系统和设备的实施例。如将看到的，可以想到并描述了实现大致相同特征和功能的替代实施例。

一般而言，被构造并适于与货物交换系统一起使用的UAM飞行器10包括中央机身的前部12(本文中的“前机身”)，该前部12支撑左翼14和右翼16。机尾(尾翼组件)18包括升降舵20和垂直翼/方向舵22，并且当被构造用于货物时，该机尾优选为高翼设计。

优选实施例中的前机身12包括具有球状挡风玻璃的驾驶舱24。前机身包括用于轴向设置的尾框架构件26的附接点，该尾框架构件26在其远端26a处支撑尾部组件，其中该尾框架构件26的近端26b被联结在球状驾驶舱上方的公共翼联结部处。

在优选实施例中，前起落架30从前机身12的底部展开，并且包括在机身的相反的左舷侧和右舷侧的一对被驱动的支柱。后起落架支柱32也从前机身向后和向下展开。

前机身12向后延伸到尾部组件框架构件以及前起落架支柱和后起落架支柱后方的断口处或分叉处。因此，前机身12在后部处是完全敞开的，开口36的形状是大致筒形的，并且具有侧切口或扇形部并且在前机身12的上部38和下部40中提供功能性屈曲量，这些特征协作以有助于中央机身的尾部的插入，该尾部被构造为可移除的货物储仓。断口由形状平滑的边缘34限定，该边缘34用作用于设置在可移除的货物储仓50的表面上的脊部的匹配表面，这将在下文更详细地描述。图3至图6最清楚地示出了开口及其元件和特征。

从视图中可以看出，货物储仓连接到前机身的尾部，并且有效地包括尾机身。重要的是，货物储仓可以与前机身断开联接。事实上，这是本发明的显著特征。为了实现该目的，货物储仓50被构造成具有筒形凸部52，该筒形凸部52可滑动地插入到中央机身的前部中的后开口36中。凸部向后延伸至凸起的脊部54，该凸起的脊部54被构造成与中央机身的前部12上的成形边缘34匹配并密封。凸部的尺寸被设计成具有与前机身的内壁的很小的间隙，以接合和接近侧面，从而在飞行期间继续并且有助于剪切载荷和扭转载荷的适当分布。当插入到前机身中时，货物储仓与前机身互补，以完成由机身外壳提供的完整封壳。此外，货物储仓56的最后部分在凸部上方升高了凸起的脊部54的宽度，提供了机身外表面从前机身到货物储仓表面并且沿着货物储仓表面的连续性。除了由前机身的相匹配的成形边缘34和货物储仓的凸起的脊部54形成的接缝之外，机身表面58是连续的、光滑的且不间断的空气动力学表面。

货物储仓外表面包括装配部60，优选地包括被设置在货物储仓的左舷和右舷中的每个上的两对相反的装配部(上相反对组和下相反对组)，所述两对相反的装配部被设置在货物储仓的外表面上或者被设置在略低于表面水平的凹部或通道62内。

在实施例中，ESTOL飞行器中的上述货物储仓的插入、移除和替换是使用自主机器人交通工具和物资装卸机100(本文中称为“交换机器人”)来完成的。可以想到许多构造，但所有构造都必须实现对来自停在机场上任何地方或机场附近(在跑道、滑行道、飞行器跑道、停机坪、坡道、机库、直升机停机坪等)的ESTOLS的货物储仓进行搬运、定位、定向、对准、插入和移除的基本功能。在实施例中，可以使用自主移动平台102来执行这些功能，该自主移动平台具有分别由中间横向梁108连接的第一纵梁104和第二纵梁106(左舷纵梁和右舷纵梁)。纵梁各自支撑被安装在横向梁的每一端处的分段机器人臂110、112，该分段臂各自包括三个堆叠的旋转段，最上段终止于物资装卸夹持部114、116，该物资装卸夹持部114、116具有端部联接元件，该端部联接元件接合货物储仓表面上的装配部60。端部联接元件可以包括用于插入到装配孔中的指状部，或用于接合凸片的夹具，或用以夹持铁磁装配部的电磁体，或抽吸装置，或具有足够承载强度以保持和操纵最大装载的货物储仓的多个合适元件中的任何元件。

分段臂由设置在平台上的致动器泵或马达118、120以电动、气动或液压的方式驱动。通过设置在分段臂的最上部上的致动器或马达122、124，夹持部114、116被操作，从而打开以与装配部60脱离接合以及关闭以接合和抓住装配部60。

每个梁还包括多个被驱动的可转向的轮子，这些轮子优选地成对部署在轮式转向架或托架126上。在实施例中，所有轮子都可以被驱动；在替代实施例中，一些轮子可以是脚轮。

对交换机器人及其机械臂的控制和定位使用现场或网络连接的控制器来完成，该控制器与交换机器人进行信号通信，并且被编程以自主地将货物储仓从保存区移动到停放的ESTOL、将交换机器人相对于ESTOL定位和对准(例如，其中纵梁跨坐在飞行器的后起落架上)并且然后移除所附接的货物储仓并且通过插入替换货物储仓来替换该货物储仓。当闩或锁将替换的货物储仓固定在飞行器上时，交换操作完成，并且交换机器人可以在程序控制下返回到现场机库、仓库、运送转移区或者适合于将货物从已移除的货物储仓转移或将货物转移到已移除的货物储仓中的其它区域。这种控制系统在物资装卸和仓库库存管理和物品移动中越来越广为人知，并且控制系统的特性和功能都在相关领域技术人员的知识范围内并且不是要求保护的发明中的新颖性和创造性步骤的关键部分。

如本文所述，本发明的创造性的货物储仓交换系统的每个实施例包括ESTOL飞行器，该ESTOL飞行器具有：中央机身，该中央机身具有前部，该前部具有驾驶舱、前起落架和后起落架以及尾部组件，并且该前部被构造成用于选择性地联接到多个货物储仓中的一个货物储仓和与多个货物储仓中的一个货物储仓断开联接，每个货物储仓被构造成用作中央机身的尾部；以及交换机器人，更具体地，该交换机器人是自主驱动的机器人交通工具和物资装卸机，用于往返于ESTOL的前部地对货物储仓进行运输、搬运、定位、定向、对准、插入和移除。

前述公开足以使相关领域的技术人员能够在不进行过多实验的情况下实践本发明。本公开进一步提供了发明人现在可以想到的实施本发明的最佳模式。尽管详细示出和公开的特定货物交换系统和方法完全能够实现目标并且提供本文所述的优点，但应理解，所述交换系统和方法仅是对本发明的当前优选实施例的说明，并且除了如在所附权利要求中所限定的那样以外，不存在对本文所示出的结构或设计的细节的任何限制。因此，本发明的适当范围应仅由所附权利要求的最广泛解释来确定，以涵盖所有此类修改以及与附图中所示和说明书中描述的那些关系等效的所有关系。

Claims (16)

1.一种用于电子短距离起飞和着陆空中交通工具的货物模块交换系统，所述货物模块交换系统包括自主驱动的机器人交通工具，所述机器人交通工具用于在自主电动飞行器上运输和交换货物模块，所述机器人交通工具具有用于受控的物资装卸和操纵的机器人臂，所述机器人臂被构造成进行货物储仓直接到电动短距离起飞和着陆(ESTOL)飞行器的中央机身的前部的尾端上的安装、移除和替换，其中所述货物储仓被构造成用作所述中央机身的尾部。

2.一种用于ESTOL飞行器的货物储仓交换系统，所述货物储仓交换系统包括：

ESTOL飞行器，所述ESTOL飞行器具有中央机身，所述中央机身具有前部，所述前部具有驾驶舱、前起落架和后起落架以及尾部组件，并且所述前部被构造成选择性地与多个货物储仓中的一个货物储仓联接和断开联接，每个货物储仓被构造成用作所述中央机身的尾部；和

交换机器人，即自主驱动的机器人交通工具和物资装卸机，所述交换机器人用于往返于所述ESTOL的所述前部地对货物储仓进行运输、搬运、定位、定向、对准、插入和移除。

3.根据权利要求2所述的货物储仓交换系统，其中，所述机身的所述前部向后延伸到在尾部组件框架构件以及前起落架支柱和后起落架支柱后方的分叉处以到达所述前部中的开口，所述开口被构造成接受货物储仓的凸部的插入。

4.根据权利要求3所述的货物储仓交换系统，其中，所述货物储仓被构造成具有凸部，所述凸部可滑动地插入到所述中央机身的所述前部中的后开口中。

5.根据权利要求4所述的货物储仓交换系统，其中，所述货物储仓的所述凸部向后延伸到凸起的脊部，所述凸起的脊部被构造成与所述中央机身的所述前部上的成形边缘匹配并密封。

6.根据权利要求3所述的货物储仓交换系统，其中，所述凸部的尺寸被确定成使得外侧被构造成接合所述前部中的内壁，以有助于飞行期间的剪切载荷和扭转载荷的分布。

7.根据权利要求3所述的货物储仓，其中，所述货物储仓与所述前部互补，以完成中央机身外壳的完整封壳。

8.根据权利要求3所述的货物储仓，其中，所述货物储仓包括装配部，所述装配部在所述货物储仓的相反侧上，以紧固到所述前部上的联接元件。

9.根据权利要求2所述的货物储仓交换系统，其中，所述交换机器人包括：

带轮子的可自主机动移动平台；和

间隔开的第一机器人臂和第二机器人臂，所述第一机器人臂和所述第二机器人臂被设置在所述平台上，所述机器人臂中的每个机器人臂具有夹持部，所述夹持部被构造成具有端部联接元件，以接合和操作所述货物储仓上的联接装配部，以能够从所述前部放置和移除所述货物储仓以及在运输期间保持所述货物储仓。

10.根据权利要求9所述的货物储仓交换系统，其中，所述机器人臂是堆叠的分段臂，所述分段臂包括多个旋转段，其中最上段终止于物资装卸夹持部。

11.根据权利要求10所述的货物储仓交换系统，其中，所述机器人臂由电马达驱动。

12.根据权利要求10所述的货物储仓交换系统，其中，所述机器人臂由气动或液压致动器驱动。

13.根据权利要求9所述的货物储仓交换系统，其中，所述移动平台包括第一纵向定向梁和第二纵向定向梁，所述第一纵向定向梁和所述第二纵向定向梁由至少一个横向梁连接。

14.根据权利要求13所述的货物储仓交换系统，其中，所述纵向定向梁中的每个纵向定向梁包括多个被驱动的可转向的轮子。

15.根据权利要求9所述的货物储仓交换系统，还包括控制器，所述控制器控制和定位所述交换机器人和所述机器人臂。

16.根据权利要求15所述的货物储仓交换系统，其中，所述控制器被编程以自主地将货物储仓从货物储仓保存区移动到停放的ESTOL、相对于停放的ESTOL对交换机器人进行定位和对准、移除所附接的货物储仓并且通过插入替换货物储仓来替换被移除的货物储仓。

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