TW201545111A - 用於運送物品之無人飛行裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明係一種用於運送物品之無人飛行裝置及其方法，該方法包含下列步驟：首先，自外部伺服裝置接收描述指定運送之一物品之位置之承載資訊。接著，飛行至承載資訊所指定之位置，以承載物品。接著，選擇的從伺服裝置或由物品讀取客戶資訊，客戶資訊係包含指定送達目地的之目的地資訊。接著，飛行至目的地並對地面進行距離檢測，以取得複數個距離值，並依據距離值之差異來判斷執行降落作業。最後，判斷是否執行簽收作業，以及判斷是否通知匹配客戶資料之外部客戶端。

Description

用於運送物品之無人飛行裝置及其方法

本發明係一種運送貨物裝置及其方法，尤指一種用於運送物品之無人飛行裝置及其方法。

隨著無人飛行裝置之相關技術之發展，無人飛行裝置被廣泛的運用在環境監控以及軍事作戰上。由於無人飛行裝置可透過自動化的運作，而能大幅減少人力以及管理成本。

習知之物流系統需由司機駕駛貨運載具，將貨物運往指定之地點。基於運輸成本之考量，貨運載具必需在每一配送區域之貨運量達到一定數量後才會開始運送。而當所需送達之地點為較偏遠或為較少貨運量之地區時，收貨人則需等待較長之時間才能收到貨物。

而現階段之無人飛行裝置在配送貨物上仍需相當程度的倚賴操作人員進行搖控操作，由於自動化程度極低，使得無人飛行裝置無法廣泛的應用在運輸貨物上。

因此，如何提供一種可自動化運送貨物之無人飛行裝置及其方法乃本領域亟需解決之技術問題。

為解決前揭之問題，本發明之目的係提供一種運送貨物之無人飛行裝置及其運作方法。

為達上述目的，本發明提出一種無人飛行裝置，包含：承載模組、通訊模組、讀取模組、簽收模組、至少一距離檢測模組以及處理模組。承載模組係用以承載外部之物品。通訊模組則經由至少一通訊網路與外部伺服裝置通訊連接，並由伺服裝置取得包含所欲承載之物品之所在地資訊、承載物品資訊(例如此物品為易碎物)、目的地資訊、中繼站資訊、天候資訊、地理資訊等。讀取模組在被驅動下即讀取標記於物品之客戶資訊，前述之客戶資訊係包含一目的地資訊，但不限於此資訊。簽收模組係用以提供外部客戶端進行簽收作業。前述之客戶端係匹配客戶資訊。距離檢測模組係用以檢測無人飛行裝置與地面間之距離。處理模組為連接通訊模組、承載模組、簽收模組以及距離檢測模組。處理模組依據承載資訊以驅動無人飛行裝置飛行至指定之位置，並透過承載模組來承載物品，處理模組更選擇的自伺服裝置取得客戶資訊或者透過讀取模組自物品取得客戶資訊，處理模組更驅動無人飛行裝置飛行至目的地資訊所指定之目的地，處理模組又透過至少一距離檢測模組取得目的地之地面的複數個距離值，並依據該等距離值判斷執行降落作業，並判斷是否驅動簽收模組進行簽收作業，以及判斷是否驅動通訊模組通知客戶端，前述之簽收作業係提供客戶端之收貨者簽收此物品。

為達上述目的，本發明提出一種運送方法，應用於無人飛行裝置，包含下列步驟：首先，自外部伺服裝置接收承載資訊，前述之承載資訊係包含指定運送物品之位置。接著，飛行至承載資訊所指定之位置，以承載物品。再者，選擇的從伺服裝置或由物品讀取一客戶資訊，客戶資訊係包含指定送達目地的之一目的地資訊。接著，飛行至目的地資訊指定 之目的地即對地面進行距離檢測，以取得複數個距離值，並依距離值判斷執行降落作業。最後，判斷是否執行簽收作業，以及判斷是否通知匹配客戶資料之外部客戶端，前述之簽收作業係提供客戶端之收貨者簽收物品。

綜上所述，本發明之無人飛行裝置及其方法可自動化進行承載、導航飛行、降落以及簽核作業，而能有效的減少運輸業之人力成本，以及提高運輸之效率。

1‧‧‧無人飛行裝置

101‧‧‧承載模組

102‧‧‧通訊模組

103‧‧‧讀取模組

104‧‧‧簽收模組

105‧‧‧距離檢測模組

106‧‧‧處理模組

107‧‧‧導航模組

108‧‧‧記憶模組

109‧‧‧震動感應模組

110‧‧‧機體平衡控制模組

111‧‧‧聲音產生模組

112‧‧‧擴大器模組

113‧‧‧溫度感應模組

114‧‧‧攝影模組

2‧‧‧物品箱

21‧‧‧固定部

3‧‧‧伺服裝置

4‧‧‧輸送帶

5‧‧‧客戶端

6‧‧‧無線通訊網路

第1圖係為本發明之無人飛行裝置之方塊圖。

第2圖係為本發明之無人飛行裝置之裝置圖。

第3圖係為本發明之應用於無人飛行裝置運送方法之流程圖。

第4、5圖係為本發明之距離檢測示意圖。

第6、7圖係為本發明之一實施例之操作示意圖。

以下將描述具體之實施例以說明本發明之實施態樣，惟其並非用以限制本發明所欲保護之範疇。

請參閱第1圖，其為本發明之無人飛行裝置1之方塊圖。請接共同參閱第2圖，其為本發明之無人飛行裝置1之裝置圖。無人飛行裝置1包含承載模組101、通訊模組102、讀取模組103、簽收模組104、至少一距離檢測模組105、處理模組106、導航模組107、記憶模組108、震動感應模組109、機體平衡控制模組110、聲音產生模組111、擴大器模組112、溫度感應模組113，以及攝影模組114。承載模組101係用以承載外部一物品。通訊模 組102經由外部的通訊網路與外部之伺服裝置3通訊連接，以從伺服裝置3取得承載資訊，前述之承載資訊係包含所欲承載之該物品(物品箱2)之所在地資訊。讀取模組103在被驅動下即讀取標記於物品之客戶資訊，前述之客戶資訊係包含客戶端5之目的地資訊。簽收模組104係用以提供外部之客戶端5之使用者進行簽收，其客戶端5係匹配客戶資訊。距離檢測模組105可用以檢測無人飛行裝置1與地面間之距離。

處理模組106為連接前述之承載模組101、通訊模組102、簽收模組104以及至少一距離檢測模組105、導航模組107、記憶模組108、震動感應模組109、機體平衡控制模組110、聲音產生模組111、擴大器模組112、溫度感應模組113以及攝影模組114。處理模組106依據承載資訊以驅動無人飛行裝置1飛行至指定之位置，並透過承載模組101來承載物品，處理模組106更選擇的自伺服裝置3取得客戶資訊或者透過讀取模組103自物品取得客戶資訊，處理模組106更驅動無人飛行裝置1飛行至目的地資訊所指定之目的地，處理模組106又透過至少一距離檢測模組105取得目的地之地面的複數個距離值，並依據複數個距離值判斷執行降落作業，並又即透過通訊模組102通知客戶端5，以判斷驅動簽收模組104進行簽收作業。

記憶模組108係提供無人飛行裝置1儲存所需之資料。機體平衡模組係用以平衡無人飛行裝置1之飛行。為避免人為破壞，震動感應模組109係取得無人飛行裝置1之震動係數並回傳至伺服裝置3，由伺服裝置3判斷震動波形是否正常，若遭受劇烈外部撞擊，或非正常性震動，則由伺服裝置3電腦發出控制訊號，開啟無人飛行裝置1上之攝影模組114，並啟動連續錄影與自動對焦功能以及錄音功能，將影音串流資訊存入無人飛行裝置1 之記憶模組108，無人飛行裝置1會再操作聲音產生模組111以及擴大器模組112以發出警告聲音。警告聲音之大小可由處模組進行設定。溫度感測模組在無人飛行裝置1起飛後便開始對外界之溫度進行收集與偵測，若外界溫度高於預設值，則立刻開啟所有攝影模組114，並啟動連續錄影與自動對焦功能以及錄音功能，並將錄影之影音串流存入記憶模組108內，並將此影音串流資訊回傳至伺服裝置3。

前述之通訊模組102係可使用40MHz、70MHz、433MHz，或2.4GHz等頻段之無線收發模組，但不在此限。距離檢測模組105係可使用超音波、紅外線、雷射，或微波形式之檢測器。導航模組107係可使用GPS、GLONASS、伽利略定位系統，或北斗導航系統等之導航器。記憶模組108係可使用快閃記憶體、硬碟等記憶裝置。震動感應模組109係可使用壓電材料、微機電所製成之震動感應器。

由於無人飛行裝置1當機身重量過輕時或者是飛行速度過快時，容易因強風、升力等因素而使得飛行產生偏移。為解決前述之問題，處理模組106係透過機體平衡控制模組110來強化飛行之穩定性。機體平衡控制模組110係包含加速儀與陀螺儀，以感測無人飛行裝置1飛行時之加速度與角速度，並將感測值回饋給處理模組106進行運算，經過分析處理後，處理模組106將對應的控制指令傳達給無人飛行裝置1之飛行部件，例如升降舵、副翼、小旋翼、方向舵、或者是單數或複數個螺旋槳。藉由特定的控制方式(例如調整無人飛行裝置1之升降、方向、速度，機翼角度、螺旋槳旋轉方式等，但不限於這幾種方式)，來修正無人飛行裝置1的姿態使其平衡，以增加飛行與物品運送過程的安全性。

聲音產生模組111係為記錄聲音檔案之記憶體或可產生聲音之類比或數位電路。擴大器模組112係將放大聲音產生模組111所提供之聲音訊號之放大電路。溫度感應模組113係可使用正/負溫度係數電阻、半導體、晶體振盪器所製成之溫度感應器。

前述之攝影模組114係包含了4組具紅外線照明功能之CCD攝影機，設置於無人飛行裝置1之下方(二組)、前方(一組)以及後方(一組)。裝設於下方之第一組CCD攝影機可做為前述之讀取模組103，以讀取設於物品上之條碼影像。而裝設於下方之第二組CCD攝影機、裝設於前方之第三組CCD攝影機以及裝設於後方之第四組攝影機係將拍攝的影像傳輸到記憶模組108進行儲存，攝影機本身具有自動對焦功能。

請參閱第3圖，其為本發明之一運送方法，應用於無人飛行裝置1，該方法包含下列步驟：

S101：自外部之伺服裝置3接收承載資訊。

S102：飛行至承載資訊所指定之位置以承載物品。

S103：選擇的從伺服裝置3或由物品讀取一客戶資訊。

S104：飛行至目的地資訊指定之目的地，在飛行途中若判斷燃料不足則轉飛至中繼站。

S105：對目的地之地面進行距離檢測，以取得複數個距離值。

S106：依據所取得之複數個距離值來判斷降落地是否符合平坦條件，若是，執行S107，若否，執行S108。

S107：執行降落作業，接著執行S109。

S108：判斷平移之次數是否超過預先設定之次數(例如3次)，若超過， 則執行S113；若否，則執行S108A。

S108A：使無人飛行裝置1橫向平移至鄰近之區域，接著執行S105。

S109：判斷是否進行簽核作業，若是，則通知匹配前述客戶資訊之外部一客戶端5，並執行S110；若否，則執行S111。

S110：若於等待時間接收到由客戶端之收貨者之收貨密碼即完成收貨則執行S111；若否，則執行S113。

S111：卸下物品，接著執行S112。

S112：開啟攝影機，並拍攝卸載之物品，以執行交易存證作業，接著執行S113。

S113：執行返航作業。

請共同參閱第6、7圖，其為本發明之一實施例。當無人飛行裝置1未進行運送作業時，係可處於低耗電之休眠模組。而當無人飛行裝置1被喚醒，並自伺服裝置3取得承載資訊後，會從承載資訊內讀取出物品之所在位置，並飛往所在地來承載物品。前述之物品與無人飛行裝置1得擺置在輸送系統之輸送帶4上，輸送系統之控制電腦會和無人飛行裝置1取得連線，並引導無人飛行裝置1承載指定之物品。

於本實施例中，承載模組101係為機器爪具，而物品係為一特定尺寸、且堅固防水之物品箱2，物品箱2之外側設有複數個固定部21，使得機器爪具能與固定部21匹配契合。前述之固定部21可為卡槽，其卡槽之尺寸及深度與機器爪具形狀及大小相契合，機器爪具與卡槽更可設置止滑裝置，來增加摩擦力以固定物品。由於物品箱2上面蓋印有固定長寬與固定線寬之矩型或其他形狀粗線圖案，粗線顏色需與物品箱2本身顏色形成強 烈對比，其圖案具有特定粗線之矩型形狀可讓無人飛行裝置1在一百公尺距離內經由第二、三、四組攝影機拍攝識別。物品箱2上設有標記客戶資訊之條碼，讓無人飛行裝置1承載物品後可透過無人飛行裝置1之攝影機(讀取模組103)拍攝讀取客戶資訊。

無人飛行裝置1可選擇的從伺服裝置3取得欲送達目的地資訊，或者從客戶資訊內部取得欲送達之目的地資訊，為增加運送之效率，伺服裝置3在取得目的地之資訊後，可先行規畫無人飛行裝置1之飛行路徑，並再把飛行路徑傳送給無人飛行裝置1，讓無人飛行裝置1依據所規畫好的飛行路徑以及由導航模組107所取得之匹配無人飛行裝置1之地理位置資訊來飛行運送。

在飛行的過程中，無人飛行裝置1會透過設置在外側的距離檢測模組105，例如具有Pan/Tilt(左右與上下)軸向運動之距離檢測器，以在飛行以及起降期間對四周進行檢測來防止碰撞、及偵測其他飛行裝置或飛行物、地面建築物，或者是地面移動物之相對位置，並由地圖座標資訊或三度空間地圖相互參照，讓無人飛行裝置1能藉由檢測到的距離值來判斷做出移動與閃避路徑。當檢測出其他飛行載具或移動物(例如飛鳥)過於接近本機時，亦可發出特定聲響來進行示警。

當飛抵目的地時，無人飛行裝置1會啟動距離檢測模組105對目的地之地面進行檢測，以判斷地面是否符合平坦條件，並在符合平坦條件後始進行降落作業，而當地面不平坦時則飛至目的地鄰近的區域再重複進行判斷。本發明提供二種距離檢測模式：

模式一：當飛行至目的地時，啟動距離檢測模組105，並讓無人飛行裝置1 在空中進行水平移動，並在移動時對地面複數個位置點進行取複數筆距離值，例如第4圖所示之九宮格移動取樣模式。而無人飛行裝置1在判斷複數筆距離值間之變異小於一定值時便判斷檢測之地面係符合平坦條件(例如各個距離值小於20公分)，可讓無人飛行裝置1安全降落，並保持機身不致翻覆情況下執行降落作業。

模式二：當飛行至目的地時，啟動一個或多個距離檢測模組105，使距離檢測模組105依據不同的檢測角度或檢測方向，並透過三角函數計算降落地點平坦度。無人飛行裝置1可設置多個距離檢測模組105，各個模組具有固定的檢測角度以及方向；或者是可設置一個或多個可調整檢測角度以及檢測方向之距離檢測模組105。請參閱第5圖，無人飛行裝置1檢測到與地面之垂直檢測點P1之距離為D1，檢測點P2係無人飛行裝置1與地面垂直線呈30度夾所測到之檢測點，D1為17.3205公尺，D2為20公尺，而P2至無人飛行裝置1之垂直距離D3可由公式(1)可求得，P1至P2間的距離D4由公式(2)可求得：D3=D2×cos 30°...........(1)

D4=D2×sin 30°...........(2)

由公式(1)可求得D3為17.320508公尺、D4為10公尺，經過判斷後，地面的二個檢測點P1以及P2之高度幾乎一致，因此無人飛行裝置1判斷此區域符合平坦條件，則接續接執行降落作業。

若檢測地面不符合平坦條件時，無人飛行裝置1此時會確認是否橫向平移作業次數超過預定之N次，若未超過則會橫向平移至鄰近之一 定位置，若超過則會啟動第二攝影機來拍攝地面之影片並儲存、同時經由通訊模組102將影像傳回伺服裝置3，並判斷啟動返航程序。在物品未能成功遞送的情況下，無人飛行裝置1可判斷飛往預先設定的中繼站場地，並待命進入休眠狀態，經由中繼站操作員確認當場拍照情形並連絡客戶並做收貨地點平坦確認處理後，再次啟動運送流程。若收貨地點地形地勢無法保持平坦，而讓無人飛行裝置1無法安全降落，則由業務相關人員經由伺服裝置3取消本次運送任務，並改由其他運送方式進行運送。

當無人飛行裝置1降落時，無人飛行裝置1會由聲音產生模組111產生一示警聲音訊號，並再由擴大器模組112連續播放其示警聲音訊號直到降落地面完成。

在降落完成後，無人飛行裝置1會依據預先之設定以決定是否執行簽收作業；若否，則在降落並卸載物品後執行返航作業；若是，則透過無線通訊網路6通知客戶端5進行收貨作業。客戶端5之收貨者可透過安裝在無人飛行裝置1之簽收模組104(例如觸控螢幕、實體鍵盤等)輸入收貨密碼來執行簽收作業，無人飛行裝置1在驗證輸入之密碼後會驅動攝影機拍照或錄影存證，並將機器爪具鬆開，把承載之物品箱2放下。若輸入密碼錯誤次數超過預定次數時，無人飛行裝置1會啟動攝影機進行拍照存證，並把影像傳送至伺裝置、並同步傳送照片或影像至客戶端5(手機、電子郵件信箱)。無論收貨密碼輸入錯誤與否，若等待收件的時間超過預設時間，則無人飛行裝置1會自動執行起飛安全確認並執行返航程序。

當無人飛行裝置1放下物品準備起飛時，會藉由聲音產生模組111以及擴大器模組112發出警報聲響，或由預先錄製的聲音警告用收貨者 以及周遭人員，來保持特定距離以策安全，接著再啟動設置於外側之距離檢測模組105來確認飛行通道是否有阻礙物，若無阻礙物，經過數秒後，無人飛行裝置1飛行上昇至一定高度後，會由第二攝影機拍下物品箱2已卸載至定點之影像，以證明物品確實已由收貨人簽收並送達目的地，接著返回原出發地。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1‧‧‧無人飛行裝置

101‧‧‧承載模組

2‧‧‧物品箱

21‧‧‧固定部

Claims (15)

1. 一種用於運送物品之無人飛行裝置，包含：一承載模組，用以承載外部一物品；一通訊模組，經由至少一無線通訊網路與外部一伺服裝置通訊連接，以至該伺服裝置取得一承載資訊，該承載資訊係包含所欲承載之該物品之所在地資訊、目的地資訊、中繼站資訊、天候資訊；一讀取模組，該讀取模組在被驅動下即讀取標記於該物品之一客戶資訊，該客戶資訊係包含該目的地資訊、該中繼站資訊；一簽收模組，用以提供外部一客戶端進行一簽收作業，該客戶端係匹配該客戶資訊，該簽收作業係提供該客戶端之收貨者簽收該物品；至少一距離檢測模組；以及一處理模組，連接該通訊模組、該承載模組、該簽收模組以及該至少一距離檢測模組，該處理模組依據該承載資訊以驅動無人飛行裝置飛行至指定之位置，並透過該承載模組來承載該物品，該處理模組更選擇的自該伺服裝置取得該客戶資訊或者透過該讀取模組自該物品取得該客戶資訊，該處理模組更驅動無人飛行裝置飛行至該目的地資訊所指定之目的地，該處理模組又透過該至少一距離檢測模組取得無人飛行裝置與該目的地之地面的複數個距離值，並依據該等距離值判斷執行一降落作業，並判斷是否驅動該簽收模組進行該簽收作業，以及判斷是否驅動該通訊模組通知該客戶端。
2. 如請求項1所述之無人飛行裝置，更包含一導航模組，該處理模組係連接該導航模組，該導航模組係提供匹配於無人飛行裝置之一地理位置資 訊，該處理模組於該地理位置資訊符合該目的地資訊，即依據該等距離值以判斷所欲降落之該目的地之地面是否符合平坦條件，該處理模組於符合平坦條件則執行該降落作業，該處理模組於不符合平坦條件即驅動無人載具飛行至鄰近該目的地之區域，並又驅動該距離檢測模組進行距離檢測，以判斷執行該降落作業。
3. 如請求項2所述之無人飛行裝置，該處理模組更判斷無人飛行裝置抵達該目的地即驅動無人飛行裝置進行水平飛行移動，以及驅動該距離檢測模組對該目的地之地面的複數個位置點進行取樣，以取得該等距離值。
4. 如請求項2所述之無人飛行裝置，該距離檢測模組係依據無人飛行裝置與地面垂直線之夾角與檢測之方向來對該目的地之地面之複數個位置點進行取樣，以取得該等距離值。
5. 如請求項1所述之無人飛行裝置，其中該承載模組係為機器爪具，該物品係為一物品箱，該物品箱外側設有複數個固定部，該等固定部係匹配該機器爪具，以與該機器爪具契合。
6. 如請求項1所述之無人飛行裝置，其中該承載模組更於承載該物品即產生一觸發資訊，該處理模組更依據該觸發資訊驅動該讀取模組來讀取該客戶資訊。
7. 如請求項1所述之無人飛行裝置，該簽收模組係包含一觸控螢幕以及一攝影模組，該處理模組更對該觸控螢幕經由觸控所接收之一密碼資訊進行驗證，該處理模組又即驅動該攝影模組進行拍攝，以判斷執行該簽收作業。
8. 如請求項1所述之無人飛行裝置，其中該處理模組更於未完成該簽收作業 或於判斷無人飛行裝置之燃料不足下即判斷執行一返航作業。
9. 一種運送方法，應用於一無人飛行裝置，包含下列步驟：自外部一伺服裝置接收一承載資訊，該承載資訊係包含指定運送之一物品其位置之所在地資訊、目的地資訊、中繼站資訊、天候資訊；飛行至該承載資訊所指定之位置，以承載該物品；選擇的從該伺服裝置或該由該物品讀取一客戶資訊，該客戶資訊係包含指定送達目地的之該目的地資訊、該中繼站資訊；飛行至該目的地資訊指定之目的地即對地面進行距離檢測，以取得複數個距離值，並依該等距離值判斷執行一降落作業；以及判斷是否執行一簽收作業，以及判斷是否通知匹配該客戶資料之外部一客戶端，該簽收作業係提供該客戶端之收貨者簽收該物品。
10. 如請求項9所述之方法，該無人飛行裝置更包含一導航模組，該導航模組係提供該無人飛行裝置之一地理位置資訊，該無人飛行裝置係判斷該地理位置資訊符合該目的地資訊，即再依據該等距離值以判斷所欲降落之該目的地之地面是否符合平坦條件，該無人飛行裝置於符合平坦條件則執行該降落作業，該無人飛行裝置於不符合平坦條件即飛行至鄰近該目的地之區域，並再次進行距離檢測，以判斷執行該降落作業。
11. 如請求項10所述之方法，其中該無人飛行裝置於飛行至該送達位置資訊所指定之送達位置即進行水平飛行移動，並對該目的地之地面的複數個位置點進行取樣，以取得該等距離值。
12. 如請求項9所述之方法，其中該無人飛行載於飛行至該送達位置資訊所指定之送達位置即依據該無人飛行載之距離檢測模組與地面之垂直方向之 夾角與檢測之方向來對該目的地的複數個取樣點進行取樣，以取得該等距離值。
13. 如請求項9所述之方法，其中該無人飛行裝置更於承載該物品即產生一觸發資訊，並依據該觸發資訊讀取該物品，以取得該客戶資訊。
14. 如請求項9所述之方法，該無人飛行裝置係包含一觸控螢幕以及一攝影模組，該無人飛行裝置更對該觸控螢幕所觸控接收之一密碼資訊進行驗證，該無人飛行裝置又即驅動該攝影模組進行拍攝，以完成該簽收作業。
15. 如請求項9所述之方法，其中該無人飛行裝置更於未完成該簽收作業或於判斷該無人飛行裝置之燃料不足下即判斷執行一返航作業。