CN209739355U - 无人飞行器的货物装载设备和货物投递系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种无人飞行器的货物装载设备和货物投递系统，装载设备包括：上壳体，上壳体包括上外壳和包裹在上外壳内的上内壳；下壳体，与上壳体盖合而形成收容空间，下壳体包括下外壳和包裹在下外壳内的下内壳；储物结构，收容在收容空间内；上壳体与下壳体组成一球形结构，上外壳与上内壳、以及下外壳与下内壳之间分别设有多个弹性元件以及与多个弹性元件交替设置的空腔。上外壳与上内壳以及下外壳与下内壳之间弹性元件和空腔能够缓冲装载设备意外掉落受到的冲击力，避免货物受损，使得装载设备具有防震功能；同时，空腔能起到隔热作用，使货物保持恒温能力；球形的货物装载设备，减小了风阻，节省了能源，提高了无人飞行器的续航里程。

Description

无人飞行器的货物装载设备和货物投递系统

技术领域

本申请涉及物流运输设备领域，尤其涉及一种无人飞行器的货物装载设备和货物投递系统。

背景技术

现有货箱普遍为长方体形状，配送时需要将无人飞行器降落至投递目标位置附近或者精准降落至某些机械装置的对应位置，将货箱或货物卸载，完成投递。如专利号为CN201711455403.5即采用了上述方式：无人飞行器通过起落架，降落至平台上方，将货箱运送至传送装置上，通过释放锁舌，释放货箱，完成投递。这种方式对无人飞行器降落精度要求较高，降落过程复杂繁琐，实时性差，投递失败概率高。

某些无人飞行器通过绳索连接货箱，在配送过程中，当无人飞行器到达预定位置时需在空中悬停，并控制绳索通过卷轴下放至地面，通过人机交互指令或者传感器判断货箱是否已经着陆来决定是否释放货箱回收绳索或者切断绳索。这种方式实现过程复杂，绳索回收结构和切断机构均较为复杂且会大大增加无人飞行器的无用重量，使无人飞行器续航里程缩短。

长方体形状的货箱的迎风面为与地面垂直的矩形平面，风阻较大。此外，货箱意外发生脱落或者由于无人飞行器安全措施主动切断绳索释放货货箱时，长方体形状的货箱落下时尖角着地可能性较大，会产生较大冲击应力破坏箱体，若砸到人或者动物危险性较大、安全性差。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种无人飞行器的货物装载设备和货物投递系统。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

根据本申请的第一方面，提供一种无人飞行器货物装载设备，所述装载设备包括：

上壳体，所述上壳体包括上外壳和包裹在所述上外壳内的上内壳；

下壳体，与所述上壳体盖合而形成收容空间，所述下壳体包括下外壳和包裹在所述下外壳内的下内壳；

储物结构，收容在所述收容空间内；

所述上壳体与所述下壳体组成一球形结构，且所述上外壳与所述上内壳、以及所述下外壳与所述下内壳之间分别设有多个弹性元件以及与多个弹性元件交替设置的空腔。

根据本申请的第二方面，提供一种货物投递系统，所述货物投递系统包括：

无人飞行器；和

上述第一方面所述的货物装载设备，所述装载设备与所述无人飞行器可分离地连接。

本申请的有益效果：装载设备的上外壳与上内壳、以及下外壳与下内壳之间弹性元件和空腔能够缓冲装载设备意外掉落受到的冲击力，避免货物受损，使得装载设备具有防震功能；同时，空腔能起到隔热作用，使货物保持恒温能力；而采用球形形状的装载设备，减小了装载设备的风阻，节省了能源，提高了无人飞行器的续航里程；且球形装载设备重心较方形装载设备更易于控制在无人飞行器几何中心正下方，提高了无人飞行器控制稳定性；进一步的，球形装载设备在意外掉落时受力更均匀，安全性较好；此外，同等体积的球形装载设备和方形装载设备，球形装载设备在水中的浮力更大，球形装载设备能够承担更重的货物。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的一种装载设备的结构拆分示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的一种装载设备的剖面图；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种货物投递系统的结构示意图；

图4是图3所示实施例的货物投递系统在另一方向上的结构示意图；

图5是图4的局部结构放大图；

图6是本申请一示例性实施例示出的一种货物投递系统的结构框图。

附图标记：

100：无人飞行器；110：控制器；120：锁止结构；130：传感系统；131：视觉传感器；132：惯性测量单元；133：导航系统；134：风速传感器；140：动力系统；150：能源系统；160：通信系统；170：存储装置；

200：装载设备；

1：上壳体；11：上外壳；12：上内壳；

2：下壳体；21：下外壳；22：下内壳；

3：储物结构；31：上承载部；32：下承载部；

4：弹性元件；

5：空腔；

6：填充结构。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本申请的无人飞行器的货物装载设备和货物投递系统进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

图1是本申请一示例性实施例示出的一种装载设备的结构拆分示意图，图2是本申请一示例性实施例示出的一种装载设备的剖面图。结合图1和图2，该装载设备200可包括上壳体1、下壳体2以及储物结构3。

其中，上壳体1能够与无人飞行器可分离地连接，可选的，上壳体1的顶部通过可拆卸结构与无人飞行器100的机身可分离地连接。

本实施例中，上壳体1与下壳体2盖合而形成收容空间，可选的，上壳体1与下壳体2通过螺纹或卡扣方式盖合。进一步的，本实施例的储物结构3收容在收容空间内，该储物结构3用于存储货物，如快递、外卖等货物。更进一步的，上壳体1与下壳体2组成一球形结构。

又结合图1和图2，上壳体1可包括上外壳11和包裹在上外壳11内的上内壳12，下壳体2包括下外壳21和包裹在下外壳21内的下内壳22。上外壳11与下外壳21盖合，可选的，上外壳11与下外壳21通过螺纹或卡扣方式盖合。

为缓冲货物装载设备200在意外掉落受到的冲击力，避免货物受损，又结合图1和图2，上外壳11与上内壳12、以及下外壳21与下内壳22之间分别设有多个的弹性元件4以及与多个弹性元件4交替设置的空腔5，即弹性元件4与空腔5沿着上外壳11与上内壳12的表面、以及下外壳21与下内壳22的表面交替排布。

本申请实施例的货物装载设备200，上外壳11与上内壳12、以及下外壳21与下内壳22之间弹性元件4和空腔5能够缓冲装载设备意外掉落受到的冲击力，避免货物受损，使得装载设备具有防震功能；同时，空腔5能起到隔热作用，使货物保持恒温能力，有利于运送需要保温的货物，如外卖；而采用球形装载设备200，减小了装载设备200的风阻，节省了能源，提高了无人飞行器100的续航里程；同时，球形装载设备200重心较方形装载设备更易于控制在无人飞行器100几何中心正下方，提高了无人飞行器100控制稳定性；进一步的，球形装载设备200在意外掉落时受力更均匀，安全性较好；更进一步的，同等体积的球形装载设备200和方形装载设备，球形装载设备200在水中的浮力更大，球形装载设备200能够承担更重的货物。

作为一种可行的实现方式，多个弹性元件4均匀分布在上外壳11与上内壳12、以及下外壳21与下内壳22之间，确保减震效果的均匀性。

可选的，上外壳11与上内壳12之间的弹性元件4为朝向上内壳12凸起的弧形凸起结构，弧形凸起结构与上外壳11之间具有一腔体，从而减轻弹性元件4的重量。可选的，下外壳21与下内壳22之间的弹性元件4为朝向下内壳22凸起的弧形凸起结构，弧形凸起结构与下外壳21之间具有一腔体，从而减轻弹性元件4的重量。

本实施例的上外壳11与上内壳12之间的弹性元件4形成于上外壳11朝向上内壳12的一侧，并与上内壳12接触。并且，下外壳21与下内壳22之间的弹性元件4形成于下外壳21朝向下内壳22的一侧，并与下内壳22接触。

弹性元件4的材质可为橡胶、硅胶或其他弹性材质。

结合图1和图2，装载设备200还可包括填充结构6，该填充结构6设于储物结构3与下内壳22之间，填充结构6具有减震的功能；本实施例的填充结构6充满储物结构3与下内壳22之间的空间，从而对储物结构3形成支撑，当装载设备200在意外掉落时，填充结构6也能够缓冲储物结构3受到的冲击力，从而进一步避免储物结构3内所存储的货物损坏。

可选的，参见图2，储物结构3朝向填充结构6的一侧为非圆形结构，将填充结构6更好地限定在储物结构3与下内壳22之间的空间。

填充结构6的材质可为橡胶、硅胶或其他柔性材质。

又结合图1和图2，本实施例的储物结构3可包括上承载部31和下承载部32，其中，上承载部31包裹在上壳体1内，下承载部32包裹在下壳体2内，具体的，上承载部31包裹在上内壳12内，下承载部32包裹在下内壳22内。

本实施例的上承载部31与下承载部32配合形成储物腔，该储物腔可包括一个或多个储物空间。

上承载部31和/或下承载部32的形状与当前运载货物的形状相适配，即上承载部31和/或下承载部32的形状需要依据当前运载的货物的形状而定,比如，在一实施例中，上承载部31为阶梯型的圆柱，用来放直径大小不同的圆柱形餐盒或者餐盘。下承载部32为半球形下模，用来放碗状的物体。

上承载部31与下承载部32可通过螺纹或卡扣方式盖合，也可利用其它方式盖合。

图3是本申请一示例性实施例示出的一种货物投递系统的结构示意图，图4是图3所示实施例的货物投递系统在另一方向上的结构示意图。结合图3和图4，该货物投递系统可包括无人飞行器100和上述实施例的装载设备200，本实施例中，装载设备200与无人飞行器100可分离地连接。可选的，装载设备200与无人飞行器100的机身底部可分离地连接。

结合图4、图5以及图6，本实施例的无人飞行器还可包括控制器110以及与控制器110电耦合连接的锁止结构120。在本实施例中，锁止结构120为一刚性结构，上壳体1设有通孔，锁止结构120能够与通孔可分离地连接。当锁止结构120与通孔连接时，装载设备200通过锁止结构120装载在无人飞行器100上；当锁止结构120与通孔相分离时，装载设备200与无人飞行器100相分离。

本实施例中，控制器110用于控制锁止结构120与通孔相分离，实现装载设备200的自动投递。采用锁止结构120实现装载设备200的直接投递，投递速度更快，执行效率更好；同时，该方式对无人飞行器100的控制精度要求降低，更易于实现；此外，该方式无需回收绳索等机构，重量更轻，成本更低，提高了无人飞行器100的续航能力。

本实施例的锁止结构120与通孔通过粘接、螺纹连接、卡接方式、和/或其他方式可分离地连接。

进一步的，本实施例的锁止结构120采用电动控制机构，当上壳体1锁定在锁止结构120上时，若需要释放装载设备200，则可通过控制器110输出投递信号，触发锁止结构120解锁，而使得锁止结构120与上壳体1相分离；在释放装载设备200后，若需要重新锁定装载设备200，则可通过控制器110输出锁定信号，触发锁止结构120与上壳体1配合而将上壳体1锁定。其中，锁止结构120的结构可根据需要选择现有电驱动锁止结构。

锁止结构120与上壳体1的配合方式可根据需要选择，例如，在其中一实施例中，锁止结构120包括与控制器110电耦合连接的电机和与电机连接的螺杆，上壳体1包括螺纹孔，螺杆能够与螺纹孔配合。当上壳体1锁定在锁止结构120上时，螺杆与螺纹孔锁定配合，此时，若要释放货箱200，则通过控制器110输出投递信号给电机，触发电机沿第一方向旋转，带动螺杆沿第一方向旋转而与螺纹孔分离。若需要将货箱200重新锁定至无人飞行器100上，在对准螺杆与螺纹孔后，通过控制器110输出锁定信号给电机，触发电机沿第二方向旋转，带动螺杆沿第二方向旋转而与螺纹孔锁定，从而将货箱200重新锁定在锁止结构120上。可选的，第一方向与第二方向为相反的两个方向，如第一方向为顺时针方向，第二方向则为逆时针方向；第一方向为逆时针方向，第二方向则为顺时针方向。

在另一些实施例中，锁止结构120包括与控制器110电耦合连接的电机、与电机相连接的连接杆以及设于连接杆底部的止挡部，上壳体1包括限位孔。当上壳体1锁定在锁止结构120上时，连接杆插接在限位孔中，止挡部位于上壳体1内且止挡部能够止挡限位孔的部分周缘。此时，若要释放货箱200，则通过控制器110输出投递信号给电机，触发电机沿第三方向旋转预设角度，带动止挡部沿第三方向旋转预设角度，从而使得止挡部从限位孔中脱离。若需要将货箱200重新锁定至无人飞行器100上，将止挡部从限位孔伸入上壳体1内后，通过控制器110输出锁定信号给电机，触发电机沿第四方向旋转预设角度，带动止挡部沿第四方向旋转预设角度，止挡部能够止挡限位孔的部分周缘。可选的，第三方向与第四方向为相反的两个方向，如第三方向为顺时针方向，第四方向则为逆时针方向；第三方向为逆时针方向，第四方向则为顺时针方向。预设角度大于0度并小于180度，如45度、90度、135度等。

本实施例中，在无人飞行器100处于预设的目标投递位置时，控制器110控制锁止结构120与上壳体1的顶部相分离，从而触发装载设备200与无人飞行器相分离。为防止装载设备200碰撞障碍物，需要对目标投递位置下方的情况进行判断，再根据判断结果确定装载设备200的可投递区域。

在一实施例中，结合图4和图6，无人飞行器100还可包括传感系统130，该传感系统130与控制器110通信。其中，传感系统130可包括视觉传感器131以及惯性测量单元132(IMU，Inertial measurement unit)和/或导航系统133(如GPS)。视觉传感器131用于采集目标投递位置下方的图像和目标投递位置的高度。可选的，本实施例的视觉传感器131具备测距功能。可选的，视觉传感器131包括相机。惯性测量单元132和/或导航系统133用于采集目标投递位置的地理位置信息。

本实施例中，当无人飞行器100处于目标投递位置时，控制器110通过视觉传感器131获取无人飞行器100下方的图像以及目标投递位置的高度，并通过惯性测量单元132和/或导航系统133获取目标投递位置的地理位置信息。

进一步的，控制器110会根据图像、目标投递位置的高度、目标投递位置的地理位置信息、装载设备的迎风面积、装载设备的重量以及环境风速，确定可投递区域；再根据可投递区域，触发装载设备与无人飞行器相分离。

假设球形装载设备200直径为d，迎风面积为S，空气阻力系数为C，环境风速为v，空气密度为ρ。

装载设备200的水平推力F的计算公式为：

其中，公式(1)中，

基于目标投递位置的高度可换算出装载设备200至地面高度为H，进一步计算出装载设备200自由落体运动落地时间时长T：

假设装载设备200的质量为M，若不考虑装载设备200落地时的风向，则装载设备200可能会落在一个半径为R的圆形区域内，R的计算公式为：

可投递区域的直径D的计算公式为：

在一实施例中，传感系统130还可包括风速传感器134，该风速传感器134用于获取当前环境风速并发送至控制器110。在另一实施例中，当前环境风速由外部设备发送至控制器110，例如，控制器110通过网络获取当前环境风速。

公式(4)中，高度H可根据需要做调整，如果直径D太大，无法避开障碍物区域，则可通过降低飞行高度，减小H以减小D的大小，从而得到合适的可投递区域。

进一步的，控制器110可根据目标投递位置下方的图像，确定障碍物的信息，如障碍物的位置、大小、高度等，可结合上述参数以及障碍物的信息，确定可投递区域，从而避免装载设备投递后与障碍物碰撞。

此外，又结合图4和图6，本实施例的无人飞行器100还可包括动力系统140、能源系统150、通信系统160和存储装置170，动力系统140、能源系统150、通信系统160、存储装置170分别与控制器110通信。

其中，动力系统140和能源系统150配合，为无人飞行器100提供飞行动力。动力系统140可为至少两个旋翼组成的多旋翼无人机动力系统，通过控制旋翼转动来控制无人机的飞行状态。

通信系统160为无线通信系统，可选的，本实施例的通信系统为4G通信系统。

存储装置170可包括程序存储区和数据存储区，程序存储区包括但不限于任务程序、导航程序、飞控程序、图像处理程序、通信程序、能源管理程序等，数据存储区包括但不限于飞行任务(卸货)，飞行路线(起点、中间点、终点等)、飞行数据(如位置、高度、速度、方向等)、状态数据(如各子系统温度、剩余能量等)、图像数据以及其他数据。

本实施例的无人飞行器100可为多旋翼无人机或者直升机。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种无人飞行器货物装载设备，其特征在于，所述装载设备包括：

上壳体，所述上壳体包括上外壳和包裹在所述上外壳内的上内壳；

下壳体，与所述上壳体盖合而形成收容空间，所述下壳体包括下外壳和包裹在所述下外壳内的下内壳；

储物结构，收容在所述收容空间内；

所述上壳体与所述下壳体组成一球形结构，且所述上外壳与所述上内壳、以及所述下外壳与所述下内壳之间分别设有多个弹性元件以及与所述多个弹性元件交替设置的空腔。

2.根据权利要求1所述的货物装载设备，其特征在于，所述装载设备还包括填充结构，所述填充结构设于所述储物结构与所述下内壳之间。

3.根据权利要求2所述的货物装载设备，其特征在于，所述储物结构朝向所述填充结构的一侧为非圆形结构。

4.根据权利要求1至3任一项所述的货物装载设备，其特征在于，所述储物结构包括上承载部和下承载部，所述上承载部包裹在所述上壳体内，所述下承载部包裹在所述下壳体内，所述上承载部与所述下承载部配合形成储物腔。

5.根据权利要求4所述的货物装载设备，其特征在于，所述上承载部、和/或所述下承载部的形状与当前运载货物的形状相适配。

6.根据权利要求1所述的货物装载设备，其特征在于，所述上外壳与所述上内壳之间的弹性元件为朝向所述上内壳凸起的弧形凸起结构，所述弧形凸起结构设于所述上外壳，且与所述上外壳之间具有一腔体；和/或

所述下外壳与所述下内壳之间的弹性元件为朝向所述下内壳凸起的弧形凸起结构，所述弧形凸起结构设于于所述下外壳，且与所述下外壳之间具有一腔体。

7.根据权利要求1所述的货物装载设备，其特征在于，所述多个弹性元件均匀分布在所述上外壳与所述上内壳、以及所述下外壳与所述下内壳之间。

8.一种货物投递系统，其特征在于，所述货物投递系统包括：

无人飞行器；和

权利要求1至7任一项所述的货物装载设备，所述装载设备与所述无人飞行器可分离地连接。

9.根据权利要求8所述的货物投递系统，其特征在于，所述无人飞行器包括控制器以及与所述控制器电耦合连接的锁止结构，所述锁止结构为一刚性结构，所述上壳体包括通孔，所述锁止结构能够与所述通孔可分离地连接；

所述控制器用于控制所述锁止结构与所述通孔相分离。

10.根据权利要求8所述的货物投递系统，其特征在于，所述无人飞行器还包括控制器和传感系统，所述传感系统与所述控制器通信；

所述传感系统包括视觉传感器、以及惯性测量单元和/或导航系统；

所述视觉传感器获取目标投递位置下方的图像以及所述目标投递位置的高度并发送至所述控制器，所述惯性测量单元和/或所述导航系统获取所述目标投递位置的地理位置信息并发送至所述控制器；

所述控制器根据所述图像、所述目标投递位置的高度、所述目标投递位置的地理位置信息、所述装载设备的迎风面积、所述装载设备的重量以及环境风速，确定可投递区域；根据所述可投递区域，触发所述装载设备与所述无人飞行器相分离。