CN115743636B - 一种民用多旋翼无人机及其控制、调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种民用多旋翼无人机及其控制、调度方法，通过设置飞行状态传感器组件、定位模块、异常检测模块、通信模块和飞行控制模块，不仅可以正常完成无人机的路线规划、寻迹飞行，还可以在无人机发生电量不足、机械故障和电子故障等情况下，向外发出报警信息和报警位置信息，并通过飞行控制模块控制无人机悬停等待其他无人机前来交接货物，通过设置载物机构、交接机构和承接机构，可以将一台无人机上运载的货物运送到另一台无人机中，从而完成货物的交接工作，上述设置能够大大延长无人机运送货物的距离，使无人机货物运输更加具有可行性。

Description

一种民用多旋翼无人机及其控制、调度方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种民用多旋翼无人机及其控制、调度方法。

背景技术

随着无人机技术的发展和应用领域的增多，如今已经有部分企业将无人机投入货物运输工作中，现有的方式主要是在固定翼无人机或旋翼无人机底部设置用于悬挂货物的挂钩、挂绳，或在无人机底部设置货物仓，将货物放入其中，通过无人机的自助寻迹实现货物自动运输；

但目前无人机运输货物的主要问题在于其续航里程有限，往往只能支撑其进行短距离运输，而在长距离运输中，不仅电池电量易存在不足的情况，无人机本身的可靠性也受到考验，大大局限了无人机货物运输的可行性，如何延长无人机运输货物的里程，提高其可行性成为需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种民用多旋翼无人机及其控制、调度方法，以解决现有无人机货物运输里程受限的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种民用多旋翼无人机，用于运载货物，包括机体和旋翼机构，还包括：

飞行状态传感组件，用于测量无人机的飞行状态信息；

定位模块，用于获取无人机的位置信息；

异常检测模块，用于检测无人机的异常状况；

通信模块，用于在异常检测模块检测到异常状况时，发出报警信号和报警位置信息；

飞行控制模块，用于根据规划的路线，飞行状态信息和位置信息，控制旋翼机构的工作状态，调节机体的飞行路线，并用于在异常检测模块检测到异常状况时，控制旋翼机构的工作状态，使机体悬停；

飞行控制模块还用于在接收到承接指令时，控制旋翼机构的工作状态，使机体飞往报警位置；

载物机构，安装在机体上，载物机构包括悬挂部和安装在悬挂部底部的放置箱；

交接机构，用于将所在无人机的放置箱中的货物运送至另一无人机的放置箱中；

承接机构，用于承接另一台无人机的交接机构运送来的货物。

优选地，承接机构包括设置在放置箱一侧的插槽和门板，门板上固定连接有第一齿条，承接机构还包括固定在放置箱上，与第一齿条啮合的第一齿轮，第一齿轮通过同步带连接有第二齿轮；

交接机构包括安装在放置箱内侧底部的承载板，承载板连接有带动其移动的推动机构，承载板远离门板的一侧连接有能够旋转的挡板，且挡板能够插入插槽，挡板上安装有能够与第二齿轮啮合的第二齿条；

挡板插入插槽中时，第二齿条带动第二齿轮转动，第二齿轮带动第一齿轮转动，第一齿轮带动第一齿条移动，使门板打开。

在不需要进行货物交接工作时，关闭的门板和旋转至与承载板垂直的挡板将货物保护在放置箱内不会掉落，在进行货物交接工作时，挡板旋转至与承载板平齐，推动机构将承载板推出时，也将挡板一并推出，从而挡板首先插入插槽中，并使第二齿条与第二齿轮接触，从而打开另一台无人机的门板，之后承载板上的货物得以进入另一台无人机的放置箱中，在货物运送到位后，承载板反向运动，将挡板从插槽中抽出，从而带动第二齿轮反向转动，将门板降下，完成整个货物交接工作，提高对货物的保护性，防止货物掉落。

优选地，放置箱在远离门板的一侧设置有能够伸缩的锁扣，挡板连接有驱动其旋转的电机，挡板旋转至与承载板垂直时，锁扣伸出，将挡板固定，从而使挡板旋转至与承载板垂直时，能够提高其稳固性，对货物进行阻挡和保护作用。

优选地，承载板倾斜设置，承载板上安装有能够展开和收起的限位柱。

优选地，挡板的端部设置有控制开关，控制开关与限位柱电连接，插槽内侧设置有与开关匹配的触发部，控制开关被触发部触发时，将限位柱收起。

优选地，放置箱侧面设置有挂槽，悬挂部包括与挂槽匹配的挂钩，挂钩与机体以可旋转方式连接。

优选地，异常状况包括电量不足或机械故障或电子故障。

本发明还提供了一种基于上述民用多旋翼无人机的控制方法，包括以下步骤：

获得无人机的飞行状态信息和定位信息；

根据规划的路线，飞行状态信息和位置信息，控制其旋翼机构的工作状态，调节机体的飞行路线；

获取无人机运行的异常状况信息；

在无人机出现异常状况时，控制其旋翼机构的工作状态，使机体悬停，并发出发出报警信号和报警位置信息；

检测到另一无人机到达报警位置时，控制交接机构，将所在无人机的货物运送至另一无人机中；

在接收到承接指令时，控制旋翼机构的工作状态，使机体飞往报警位置。

本发明还提供了一种基于上述民用多旋翼无人机的调度方法，包括以下步骤：

判断是否存在发出报警信息的无人机；

若存在，读取其发出的报警位置信息；

判断设定范围内是否存在空载的另一无人机；

若存在，则向该空载的无人机发出承接指令，使其飞行前往报警位置；

若不存在，则向发出报警信息的无人机发出降落指令，使其降落。

优选的，本调度方法还包括：

判断存在发出报警信息的无人机时，获取其运载货物的目的地信息和货物重量信息；

判断设定范围内存在空载的另一无人机时，获取该空载的无人机的剩余电量信息；

根据运载货物的目的地信息、货物重量信息和空载的无人机的剩余电量信息，计算空载的无人机的剩余电量是否足够将货物送到目的地，若不足够，则忽略该空载的无人机。

本发明的有益效果：通过设置飞行状态传感器组件、定位模块、异常检测模块、通信模块和飞行控制模块，不仅可以正常完成无人机的路线规划、寻迹飞行，还可以在无人机发生电量不足、机械故障和电子故障等情况下，向外发出报警信息和报警位置信息，并通过飞行控制模块控制无人机悬停等待其他无人机前来交接货物，通过设置载物机构、交接机构和承接机构，可以将一台无人机上运载的货物运送到另一台无人机中，从而完成货物的交接工作，在单独一台无人机无法正常完成货物运送的情况下，实现货物的顺利送达，并且上述设置能够大大延长无人机运送货物的距离，使无人机货物运输更加具有可行性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的无人机整体结构示意图；

图2为本发明实施例的放置箱内部门板关闭状态下的结构示意图；

图3为本发明实施例的放置箱内部门板打开状态下的结构示意图；

图4为本发明实施例的图2的A处局部放大示意图；

图5为本发明实施例的控制方法流程示意图；

图6为本发明实施例的调度方法流程示意图。

图中标记为：

1、机体；2、旋翼机构；3、电气箱；41、挂钩；42、放置箱；51、承载板；52、挡板；53、第二齿条；61、门板；62、插槽；63、第一齿条；64、第一齿轮；65、同步带；66、第二齿轮；7、锁扣；8、限位柱；91、控制开关；92、触发部；10、拨杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本说明书实施例提供一种民用多旋翼无人机，用于运载货物，如图1所示，包括机体1和旋翼机构2，还包括飞行状态传感组件、定位模块、异常检测模块、通信模块和飞行控制模块，其中飞行状态传感组件用于测量无人机的飞行状态信息，举例来说，可包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器、气压计等，定位模块用于获取无人机的位置信息，则飞行控制模块用于根据规划的路线、测量到的飞行状态信息和位置信息，控制旋翼机构2的工作状态，调节机体1的飞行路线，异常检测模块用于检测无人机的异常状况，如电量不足、机械故障、电子故障或其他可能导致无人机无法正常将货物送达的异常状况，通信模块用于在异常检测模块检测到异常状况时，发出报警信号和报警位置信息，飞行控制模块还用于在检测到异常状况时，控制旋翼机构2的工作状态，使机体1悬停；

在另一种情况下，飞行控制模块可能会接收到外部发送来的承接指令，即指派该无人机到达出现异常状况的无人机处进行货物承接的指令，接到该指令时，控制旋翼机构2的工作状态，使机体1飞往报警位置。

上述飞行状态传感组件、定位模块、异常检测模块、通信模块和飞行控制模块可集成安装在电气箱3中。

前述电量不足指的是无人机根据目的地距离、耗电量和剩余电量，计算判断剩余电量无法到达目的地，但该报警信息应当只在电池电量低于设定值时发出，设定值可以是满电量的20％，或者500毫安时等。

本民用多旋翼无人机还包括载物机构、交接机构和承接机构，其中载物机构安装在机体1上，载物机构包括悬挂部和安装在悬挂部底部的放置箱42，交接机构用于将无人机的放置箱42中的货物运送至另一无人机的放置箱42中，承接机构用于承接另一台无人机的交接机构运送来的货物。

本说明书实施例提供的民用多旋翼无人机，通过设置飞行状态传感器组件、定位模块、异常检测模块、通信模块和飞行控制模块，不仅可以正常完成无人机的路线规划、寻迹飞行，还可以在无人机发生电量不足、机械故障和电子故障等情况下，向外发出报警信息和报警位置信息，并通过飞行控制模块控制无人机悬停等待其他无人机前来交接货物，通过设置载物机构、交接机构和承接机构，可以将一台无人机上运载的货物运送到另一台无人机中，从而完成货物的交接工作，在单独一台无人机无法正常完成货物运送的情况下，实现货物的顺利送达，并且上述设置能够大大延长无人机运送货物的距离，使无人机货物运输更加具有可行性。

作为一种实施方式，如图2所示，承接机构包括设置在放置箱42一侧的插槽62和门板61，门板61上固定连接有第一齿条63，承接机构还包括固定在放置箱42上，与该第一齿条63啮合的第一齿轮64，第一齿轮64通过同步带65连接有第二齿轮66；

交接机构包括安装在放置箱42内侧底部的承载板51，承载板51连接有带动其移动的推动机构，承载板51远离门板61的一侧连接有能够旋转的挡板52，且挡板52能够插入上述插槽62，挡板52上安装有能够与第二齿轮66啮合的第二齿条53；

当挡板52插入插槽62中时，第二齿条53会与第二齿轮66接触，带动第二齿轮66旋转，进一步第二齿轮66通过同步带65带动第一齿轮64转动，从而第一齿轮64带动第一齿条63移动，使门板61打开，如图4所示。

通过上述设置，在不需要进行货物交接工作时，关闭的门板61和旋转至与承载板51垂直的挡板52将货物保护在放置箱42内不会掉落，在进行货物交接工作时，挡板52旋转至与承载板51平齐，推动机构将承载板51推出时，也将挡板52一并推出，从而挡板52首先插入插槽62中，并使第二齿条53与第二齿轮66接触，从而打开另一台无人机的门板61，之后承载板51上的货物得以进入另一台无人机的放置箱42中，如图3所示，在货物运送到位后，承载板51反向运动，将挡板52从插槽62中抽出，从而带动第二齿轮66反向转动，将门板61降下，完成整个货物交接工作，提高对货物的保护性，防止货物掉落。

举例来说，上述推动机构可以设置为齿轮轨道式传动或蜗轮蜗杆传动等，具体不做限定。

作为一种实施方式，放置箱42在远离门板61的一侧设置有能够伸缩的锁扣7，挡板52连接有驱动其旋转的电机，挡板52旋转至与承载板51垂直时，锁扣7伸出，将挡板52固定，从而使挡板52旋转至与承载板51垂直时，能够提高其稳固性，对货物进行阻挡和保护作用。

举例来说，锁扣7顶部连接有电动伸缩杆，通过电动伸缩杆实现伸缩，锁扣7中部开有用于对挡板52进行限位的卡槽，从而实现对挡板52的固定作用。

作为一种实施方式，承载板51倾斜设置，且承载板51上安装有能够展开和收起的限位柱8，限位柱8展开和收起的方式不限，举例来说，限位柱8能够通过升降的方式展开和收起，也可以通过旋转的方式展开和收起，限位柱8的设置是为了承载板51在运送货物时，能够顺利将货物运出，且能够对货物起到一定的保护作用，防止货物掉落，而将承载板51收回时，将限位柱8收起，货物能够滑落到另一台无人机的放置箱42中，为了进一步确保货物交接完成，也可以在放置箱42内设置可伸缩或可旋转的拨杆10，将货物阻挡，并且考虑到货物的大小不同，限位柱8可在不同位置设置多个，根据实际需求选择使用。

作为一种实施方式，挡板52的端部设置有控制开关91，控制开关91与限位柱8电连接，插槽62内侧设置有与开关匹配的触发部92，控制开关91被触发部92触发时，限位柱8收起，前述控制开关91可以设置为按压开关、接近开关、光电开关等形式，触发部92的设置旨在在货物完成运送后，自动启动控制开关91，使限位柱8收起，从而在承载板51收回时，不会被门板61阻挡。

作为一种实施方式，放置箱42侧面设置有挂槽，悬挂部包括与挂槽匹配的挂钩41，挂钩41与机体1以可旋转方式连接，从而在装卸货物时，能够方便地将挂钩41从挂槽中旋出，并且挂钩41延长了放置箱42与旋翼机构2之间的间距，能够减小旋翼机构2产生气流时受到的影响，提高飞行和悬停时的稳定性。

在货物交接的过程中，由于两台无人机的平衡均发生变化，因此需要调节旋翼机构2的工作状态，时机体1保持悬停。

上述保持悬停的方式、无人机飞行过程中寻迹、避障的方法均可采用本领域的现有技术，其并非本申请所要保护的技术方案，因此在本说明书实施例中不再赘述。

作为一种实施方式，本说明书实施例还提供一种上述民用多旋翼无人机的控制方法，如图5所示，包括以下步骤：

S501获得无人机的飞行状态信息和定位信息；

S052根据规划的路线，所述飞行状态信息和所述位置信息，控制其旋翼机构2的工作状态，调节所述机体1的飞行路线；

S503获取无人机运行的异常状况信息；

S504在无人机出现异常状况时，控制其旋翼机构2的工作状态，使所述机体1悬停，并发出发出报警信号和报警位置信息；

S505检测到另一无人机到达报警位置时，控制所述交接机构，将所在无人机的货物运送至另一无人机中；

S506在接收到承接指令时，控制所述旋翼机构2的工作状态，使所述机体1飞往报警位置。

上述步骤实际上包括两个不同过程，S501-S505为需要将货物交接出去的无人机的控制过程，而S506为需要承接货物的无人机的控制过程。

通过上述控制方法，能够在单独一台无人机无法正常完成货物运送的情况下，实现货物的顺利送达，并且上述设置能够大大延长无人机运送货物的距离，使无人机货物运输更加具有可行性。

本说明书实施例还提供一种民用多旋翼无人机的调度方法，如图6所示，，包括以下步骤：

S601判断是否存在发出报警信息的无人机；

S602若存在，读取其发出的报警位置信息；

S603判断设定范围内是否存在空载的另一无人机；

S604若存在，则向该空载的无人机发出承接指令，使其飞行前往报警位置；

S605若不存在，则向发出报警信息的无人机发出降落指令，使其降落。

需要说明的是，上述调度方法的执行主体既可以是设置在地面如快递站点中的调度基站，如在调度基站的检测范围内出现发出报警信号的无人机时，则调度基站可以在可通讯范围内找到一台空载闲置的无人机如返航中的无人机前往执行承接工作，并获取目的地信息，使承接货物后的无人机继续执行货物运载工作，当然调度基站也可以在快递站点中派遣一台无人机前往。

作为一种实施方式，该方法还包括：

判断存在发出报警信息的无人机时，获取其运载货物的目的地信息和货物重量信息；

判断设定范围内存在空载的另一无人机时，获取该空载的无人机的剩余电量信息；

根据运载货物的目的地信息、货物重量信息和空载的无人机的剩余电量信息，计算空载的无人机的剩余电量是否足够将货物送到目的地，若不足够，则忽略该空载的无人机。

上述方法是为了找到空载闲置且电量足够的无人机，保障承接货物后的无人机能够顺利完成货物运载，当然，通过多台无人机接力的方式也是可行的。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种民用多旋翼无人机，用于运载货物，包括机体（1）和旋翼机构（2），其特征在于，还包括：

飞行状态传感组件，用于测量无人机的飞行状态信息；

定位模块，用于获取无人机的位置信息；

异常检测模块，用于检测无人机的异常状况；

通信模块，用于在所述异常检测模块检测到异常状况时，发出报警信号和报警位置信息；

飞行控制模块，用于根据规划的路线、所述飞行状态信息和所述位置信息，控制所述旋翼机构（2）的工作状态，调节所述机体（1）的飞行路线，并用于在所述异常检测模块检测到异常状况时，控制所述旋翼机构（2）的工作状态，使所述机体（1）悬停；

所述飞行控制模块还用于在接收到承接指令时，控制所述旋翼机构（2）的工作状态，使所述机体（1）飞往报警位置；

载物机构，安装在所述机体（1）上，所述载物机构包括悬挂部和安装在所述悬挂部底部的放置箱（42）；

交接机构，用于将所在无人机的放置箱（42）中的货物运送至另一无人机的放置箱（42）中；

承接机构，用于承接另一台无人机的交接机构运送来的货物；

所述承接机构包括设置在所述放置箱（42）一侧的插槽（62）和门板（61），所述门板（61）上固定连接有第一齿条（63），所述承接机构还包括固定在所述放置箱（42）上，与所述第一齿条（63）啮合的第一齿轮（64），所述第一齿轮（64）通过同步带（65）连接有第二齿轮（66）；

所述交接机构包括安装在所述放置箱（42）内侧底部的承载板（51），所述承载板（51）连接有带动其移动的推动机构，所述承载板（51）远离所述门板（61）的一侧连接有能够旋转的挡板（52），且所述挡板（52）能够插入所述插槽（62），所述挡板（52）上安装有能够与所述第二齿轮（66）啮合的第二齿条（53）；

所述挡板（52）插入所述插槽（62）中时，所述第二齿条（53）带动所述第二齿轮（66）转动，所述第二齿轮（66）带动所述第一齿轮（64）转动，所述第一齿轮（64）带动所述第一齿条（63）移动，使所述门板（61）打开；

所述放置箱（42）在远离所述门板（61）的一侧设置有能够伸缩的锁扣（7），所述挡板（52）连接有驱动其旋转的电机，所述挡板（52）旋转至与所述承载板（51）垂直时，所述锁扣（7）伸出，将所述挡板（52）固定。

2.根据权利要求1所述的民用多旋翼无人机，其特征在于，所述承载板（51）倾斜设置，所述承载板（51）上安装有能够展开和收起的限位柱（8）。

3.根据权利要求2所述的民用多旋翼无人机，其特征在于，所述挡板（52）的端部设置有控制开关（91），所述控制开关（91）与所述限位柱（8）电连接，所述插槽（62）内侧设置有与所述开关匹配的触发部（92），所述控制开关（91）被所述触发部（92）触发时，将所述限位柱（8）收起。

4.根据权利要求1所述的民用多旋翼无人机，其特征在于，所述放置箱（42）侧面设置有挂槽，所述悬挂部包括与所述挂槽匹配的挂钩（41），所述挂钩（41）与所述机体（1）以可旋转方式连接。

5.根据权利要求1所述的民用多旋翼无人机，其特征在于，所述异常状况包括电量不足或机械故障或电子故障。

6.一种基于如权利要求1-5中任意一项所述的民用多旋翼无人机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获得无人机的飞行状态信息和定位信息；

根据规划的路线、所述飞行状态信息和所述位置信息，控制其旋翼机构（2）的工作状态，调节所述机体（1）的飞行路线；

获取无人机运行的异常状况信息；

在无人机出现异常状况时，控制其旋翼机构（2）的工作状态，使所述机体（1）悬停，并发出报警信号和报警位置信息；

在接收到承接指令时，控制另一台无人机旋翼机构（2）的工作状态，使另一台无人机的所述机体（1）飞往报警位置；

检测到另一无人机到达报警位置时，控制出现异常状况的无人机的所述交接机构，将所在无人机的货物运送至另一无人机中。

7.一种基于如权利要求1-5中任意一项所述的民用多旋翼无人机的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

判断是否存在发出报警信息的无人机；

若存在，读取其发出的报警位置信息；

判断设定范围内是否存在空载的另一无人机；

若存在，则向该空载的无人机发出承接指令，使其飞行前往报警位置；

若不存在，则向发出报警信息的无人机发出降落指令，使其降落。

8.根据权利要求7所述的民用多旋翼无人机的调度方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断存在发出报警信息的无人机时，获取其运载货物的目的地信息和货物重量信息；

判断设定范围内存在空载的另一无人机时，获取该空载的无人机的剩余电量信息；

根据运载货物的目的地信息、货物重量信息和空载的无人机的剩余电量信息，计算空载的无人机的剩余电量是否足够将货物送到目的地，若不足够，则忽略该空载的无人机。

Images