无人机用于物料搬运的解决方案的制作方法

相关申请

本发明要求美国临时专利申请序列号为62/204，210，题为“无人机用于物料搬运的解决方案”，于2015年8月12日提交，其内容通过引用并入本文。

背景

本发明总的来说涉及使用无人机运送物品。更具体地说，本发明涉及物品从一架无人驾驶的飞行器上装载、保持和卸载。

无人机是可用于多种用途的无人驾驶飞行器，例如投递包裹或运送其他物品。现有的投递无人机使用高架的夹具来确保有效载荷。这使得有效载荷暴露在外，如果夹具不安全，则有效载荷可能会从空中掉落。需要有一个更安全、高效和有效的方法来装载、保持和卸载无人机上的有效载荷。

概要

本发明提供了一种包括动态支撑表面的配送无人机，用于搬送物品的动态支撑表面有助于将物品装载到无人机上和从无人机上卸载。动态支撑表面形成物品容纳区域的底板。

根据一个方面，无人机包括框架，至少一个用于产生空气动力学升力的螺旋桨，用于控制螺旋桨的控制器以及用于容纳无人机携带物品的物品容纳区域。物品容纳区域包括用于支撑物品并允许物品进出或穿过物品容纳区域的动态支撑表面。

根据另一方面，无人机装载系统包括无人机和用于向无人机传送物品的输送机。无人机具有框架，至少一个用于产生空气动力学升力的螺旋桨，用于控制螺旋桨的控制器以及用于容纳无人机携带物品的物品容纳区域。物品容纳区域包括用于支撑物品的动态支撑表面，动态支撑表面允许物品进出或穿过物品容纳区域。输送机向动态支撑表面输送物品以装载到物品容纳区域中。

根据另一方面，无人机和用于无人机的对接站包括：具有框架的无人机，至少一个用于产生空气动力学升力的螺旋桨，用于控制螺旋桨的控制器，以及用于容纳无人机携带物品的物品容纳区域，其中物品容纳区域包括动态支撑表面，其用于支撑物品并允许物品进出或穿过物品容纳区域，用于接收无人机的对接站，对接站包括用于驱动动态支撑表面以从物品容纳区域卸载物品的驱动器。

附图的简要说明

本发明的这些特征和方面以及其优点更详细地描述在以下说明、所附权利要求和附图中描述，其中：

图1a是根据本发明实施例的具有动态支撑表面和无人机装载系统的无人机的侧视图；

图1b是图1a中的无人机和无人机装载系统的主视图；

图1c是图1a的无人机和无人机装载系统的俯视图；

图2是根据本发明另一实施例的装载系统中具有滚轴的无人机的侧视图；

图3是根据本发明另一实施例的装载系统中包括lim驱动马达的无人机的侧视图；

图4a是具有从侧面装载的无人机和无人机装载系统的侧视图；

图4b是图4a中的无人机和无人机装载系统的侧视图；

图5是无人机和装载系统的侧视图，其中无人机的动态支撑表面具有与装载表面不同的高度；

图6是包括转移板的无人机和装载系统的侧视图；

图7是包括转移滚轴的无人机和装载系统的侧视图；

图8是包括中间转移运输机的无人机和装载系统的侧视图；

图9a-9d示出了将有效载荷从物品容纳区域排出到接收表面上的过程；

图10a是具有动态支撑表面和用于保护有效载荷的侧壁的无人机的主视图；

图10b是图10a的无人机的侧视图；

图11a-11d示出了具有滑动的侧壁的无人机；

图12a-12d示出了具有可枢转侧壁的无人机；

图13a和13b示出了可旋转无人机，该无人机移动以使动态支撑表面倾斜，以便于有效载荷的排出；

图14a是根据本发明另一实施例的无人机和装载系统的俯视图，其中形成物品容纳区域的底部的动态支撑表面包括一系列狭窄的传送带；

图14b是图14a的无人机和装载系统的主视图；

图15a是根据本发明另一实施例的具有动态支撑表面的无人机的主视图；

图15b是图15a的无人机在装载系统中的侧视图；

图16a-16d示出了根据本发明的另一个实施例的具有带有梯段的传送带的无人机；

图17是具有连接传送带的端部以形成动态支撑表面的张紧装置的无人机的侧视图；

图18a和18b示出了根据本发明的具有动态支撑表面的无人机的另一实施例，该动态支撑表面包括具有滚轴的传送带；

图19是根据本发明的具有动态支撑表面的无人机的侧视图的另一实施例，该动态支撑表面包括具有梯段的传送带；

图20a和20b示出了具有动态支撑表面的无人机，该动态支撑表面包括传送带并且包括用于在充电站对无人机再充电的充电触点；

图21a-21d示出了包括有网或网眼的动态支撑表面的无人机；

图22是包括有相互致动滚轴的动态支撑表面的无人机的侧视图；

图23a-23c示出了根据本发明图22中的无人机在传送系统中同时装载和驱动动态支撑表面的另一实施例；

图24示出了无人机装载系统的一个实施例，单个外部传送带像瀑布通过一个或多个过渡点来创建多重无人机装载区域；

图25示出了包括物品喂料输送机和无人机输送机的无人机装载系统的另一个实施例；

图26示出了无人机装载系统的另一个实施例，包括移动穿过无人机站的分拣输送机；

图27是根据本发明的另一实施例包括动态支撑表面和顶部读取相机的无人机的侧视图；

图28示出具有动态支撑表面和促进排出物品的坡道的无人机的实施例；

图29示出了具有在物品容纳区域外部延伸的动态支撑表面以允许装载共享的成对的无人机的实施例；

图30a是无人机对接站的实施例的等距视图；

图30b是图30a的无人机对接站的侧视图；和

图30c是图30b的无人机对接站的侧视图，其带有可伸缩抽屉以允许卸载无人机携带的物品。

详细说明

本发明提供了一种具有用于承载物品的动态支撑表面的无人机。下面将相对于某些示例性实施例来描述本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明不限于这些示例性的实施例。

本发明实施例的无人机10包括框架12，图示为一个或多个螺旋桨14的螺旋桨叶片，形成产生升力的空气动力学表面，用于旋转螺旋桨14的马达(未示出)，以及控制器16。示例性的无人机还包括物品容纳区域20，用于容纳使用无人机传送或以其他方式移动的物品或有效载荷。动态支撑表面如图示为传送带22，限定了物品容纳区域20的底部。传送带上部范围形成了物品容纳区域20的底板，用于支撑物品容纳区域内的物品。传送带22的下部范围可以形成无人机的底部。支柱18可以向下延伸并将传送带22连接到框架12。在示例性实施例中，支柱18联接到轴19上，其上安装有传送带22的链轮齿或其他回动元件，但是本发明并不限制。或者，支柱18或框架的其他部分可以连接到支撑结构(未示出)，该支撑结构用于保持传送带22和相关部件。

如本文所使用的，“动态支撑表面”是指允许物品移入和移出无人机物品容纳区域的表面，当物品处于无人机的物品容纳区域时从下方支撑物品。实例包括但不限于传送带、滚轴、低摩擦平坦表面、柔性表面、网状物、可移动表面和本领域普通技术人员显而易见的其他表面以及其组合。

外部输送机30将物品40供给到物品容纳区域20。形成动态支撑表面的传送带22可以通电或闲置。例如，马达(未示出)可以沿着与外部输送机30相同的方向驱动输送带22，以将输送带22的第一端附近的物品拉到外部输送机30附近进入物品容纳区域。在一个实施例中，外部输送机和输送带22以相同的速度移动，可是本发明不限制于此。在另一个实施例中，传送带22是被动的，以致于从外部传送器30上脱落的物品的动量推动传送带，使得物品40移动到物品容纳区域中。而且，传送带22能够倒转。其他合适的输送机可以用于将物品供应到物品容纳区域20，如注射或队列斜槽。装载器可能含有弹出停止器来控制物品包裹装载。无人机可以倾斜以匹配输送机的角度。

尽管示例性的物品容纳区域20在螺旋桨下方，但在本发明的另一实施例中，物品容纳区域在螺旋桨上方或在另一合适的位置。

形成动态支撑表面传送带22的实施例可以包括任何合适类型的输送机。例如，传送带可以是正传动传送带，摩擦传送带或其他类型的传送带。传送带可以由塑料、不锈钢、橡胶或任何合适的材料形成。该输送带可以是平面或纹理的。传送带可以具有封闭的或开放的表面并且包括滚轴、板条或适合于移动物品的任何其他特征。

在另一个实施例中，传送带22通过穿过无人机支柱的延伸蜗轮来驱动，允许马达和其他电子部件容纳在无人机的主体内。在另一个实施例中，主体中由马达驱动的正时皮带将马达连接到转动传送带的轴19上。

在一个实施例中，如图2所示，形成无人机110的物品容纳区域120的底部的动态支撑表面122可以包括一系列滚轴123。滚轴123可以是被动的，电机驱动的或外部驱动的。滚轴123可以通过在动态支撑表面122的下方放置传动器由外部驱动，通过诸如传送带、滚筒、磁体、线圈或其他合适的驱动器驱动滚筒123以使滚筒123旋转并引导物品进出物品容纳区域120。

在另一个实施例中，如图3所示，形成无人机210的物品容纳区域220的底部的动态支撑表面222可以包括一系列线性感应电机驱动滚轴223。线圈224选择性地驱动滚轴223以将物品定位在物品容纳区域220内。

动态支撑表面可以相对于外部输送机采取任何合适的取向。例如，如图1所示，动态支撑表面22与外部传送带30平行并对齐。在另一个实施例中，如图4a和4b所示，形成动态支撑表面的外部传送带30和传送带322是垂直的。物品容纳区域320中要支撑的物品40从无人机310的侧面装载。

如图5所示，无人机10中的传送带22或其他动态支撑表面可以放置在比外部传送带30更低的高度处，以便于将物品40装载到无人机10的物品容纳区域20中。

如图6所示，转移板60可以放置在无人机10中的传送带22或其他动态支撑表面和外部传送带30之间，以便于将物品40传送到无人机10的物品容纳区域20中。

如图7所示，转移滚轴70可以放置在传送带22之间无人机10和外部传送带30中的其他动态支撑表面，以便于将物品40转移到无人机10的物品容纳区域20中。

如图8所示，中间转移运输带80可以放置在无人机10中的传送带22或其他动态支撑表面和外部传送带30之间，以便于将物品40转移到无人机10的物品容纳区域20中。

如图所示，在图9a-9d中，形成无人机10的物品容纳区域20底部的动态支撑表面22也可以用于在期望的位置处将携带的物品40排出。图9a示出物品40处于物品容纳区域20内的中心位置。当发信号通知时，传送带22朝向物品容纳区域20的一侧移动，以将物品40朝着侧面移动，如图9b所示。如图9c所示，传送带22继续移动以将物品40推出物品容纳区域20，然后落在接收表面90上，如图9d所示。可以使用任何合适的方式从具有动态支撑表面的无人机上接收包裹。在一个实施例中，无人机的接收器具有滑道，无人机将包裹放置在该滑道上。滑道的边缘可以被设计成固定在无人机传送带22的轴上，从而允许无人机向前铺展以卸下包裹。接收器和无人机可以通过任何适当的手段连接。

在图10a和10b中本发明的另一个实施例中，在物品容纳区域420中具有动态支撑表面(例如传送带422)的无人机可以包括用于保护有效负载40的侧壁428。侧壁428形成物品容纳区域420的侧边并与传送带422边缘相邻，其可以是可移动的或固定的。侧壁428也可以位于物品容纳区域的前壁和后壁处。侧壁428可以包括空气挡板，以防止从物品容纳区域内移动轻质包装来的强烈的阵风。

如图11a-11d所示，无人机510的物品容纳区域520的侧壁528可以上下滑动以打开物品容纳区域520以允许将物品装载到动态支撑表面(例如传送带522)或从动态支撑表面(例如传送带522)卸载。

如图12a-12d所示，无人机610的物品容纳区域620的侧壁628可枢转地连接到支柱618。侧壁628可绕枢转点621旋转以打开物品容纳区域620以允许装载或卸载例如传送带622等动态支撑表面上的物品。侧壁628可以向下枢转以关闭物品容纳区域620。或者，侧壁的枢轴可以位于物品容纳区域的底部，使得侧壁628向下摆动打开物品容纳区域，可能形成将物品转移出物品容纳区域的斜坡。

如图13a和13b所示，具有闭合物品容纳区域的侧壁728的无人机710可以旋转以放置动态支撑表面，如传送带722，从而促使物品40从物品容纳区域720排出到接收表面90上。如图13a所示，随着传送带722朝物品容纳区域720的前方移动物品，前壁729向上枢转。传送带722将物品40排出到接收表面90上。接收表面可以是任何合适的表面，例如斜槽、接收车辆、滑动件、传送带和本领域中已知的其他接收器。

在本发明的另一个实施例中，在图14a和14b中，无人机810具有形成用于容纳物品的物品容纳区域820的底部的动态支撑表面包括一系列的窄传送带822。窄传送带822安装在公共轴819上，该公共轴819连接到无人机810的支柱818。外部输送机830包括一系列平行的窄输送带831，其与形成动态支撑表面的窄输送带822之间的间隙823对齐。

动态支撑表面不限于传送带。例如，如图15a和15b所示，无人机910可以包括物品容纳区域920，该物品容纳区域920包括低摩擦底板922。从外部输送机30卸载的物品40是通过外部输送机30施加到物品容纳区域920中的低摩擦层922上的动量而装载。

根据本发明的又一个实施例，如图16a-16d所示，无人机1010物品容纳区域1020的动态支撑表面可以包括具有梯段1023的传送带1022，以将有效载荷容纳在传送带1022上。当传送带1022从物品容纳区域1020中排出物品40时，梯段1023可形成斜坡，如图16d所示，以将物品40引导到接收表面90上。如上所述，图16a-16d还可包括侧防护装置，所述侧防护装置可连接到框架，或与传送带1022成一体或直接连接。传送带带有侧防护装置在本领域中是众所周知的。无人机可以包括夹具、枢轴或其他合适的用于固定挡板的装置，侧防护装置和侧壁用于将有效载荷固定在物品容纳区域内。在另一个实施例中，物品容纳区域的侧壁可以向下枢转而形成斜坡以引导产品进出物品容纳区域1020。

在本发明的另一个实施例中，如图17所示，无人机1110的动态支撑表面1122包括不完整的传送带，其形成不完整的表面。在示例性实施例中，张紧装置1126联接各个传送带1122的端部。其他可以形成物品容纳区域1120的底部的可移动表面的方式也可以使用。

参照图18a和18b所示，无人机1210可以包括物品容纳区域1220，其具有带滚轴1223的传送带1222，传送带形成物品容纳区域的底板。图示的滚轴1223在传送带的顶部和底部表面的上方和下方突出，并且物品40由滚轴1223的顶部外表面支撑。滚轴的底部可以接触位于传送带1222路线下方的驱动表面。如图18b所示，当传送带1222沿方向1212移动时，驱动表面激发滚轴沿方向1224旋转，以两倍于传送带1222的速度推动物品40。

如图19所示，形成无人机1310的物品容纳区域1230底部的传送带1322可以包括跨越传送带的长度的多个横向挡板，以将物品容纳区域1320分成多个隔室1324，以允许多个物品有条不紊地存放在物品容纳区域。可选地，挡板1323可以纵向延伸以将传送带分成多个通道以装载多个物件40。

根据本发明的另一个实施例，如图20a和20b所示，具有动态支撑表面的无人机1410包括形成物品容纳区域1420底部的传送带142，还可以包括充电触点1480用于在充电站1490处给无人机1410充电。当无人机1410充电时，无人机1410可以从外部输送机30装载物品40。当无人机在排队装载物品或卸载时，无人机中的电池可以被充电。在等待装载或卸载时可以使用任何合适的装置给无人机充电。

参照图21a-21c所示，无人机1510的物品容纳区域1520可具有形成动态支撑表面的网或网眼底部1522。物品可以从外部输送机30装载到物品容纳区域1520中。网或网眼1522可以被提升以固定物品并且被降低以释放物品40。

根据本发明的另一个实施例，无人机的动态支撑表面可以被外部启动以将物品定位在物品容纳区域内。例如，如图22所示，无人机1610可以包括物品容纳区域1620，该物品容纳区域1620具有由双层堆叠的滚轴1623的阵列形成的底部1622。双层堆叠的滚轴1623可以容纳在模块中以形成物品容纳区域的底板。如图23a-23c所示，无人机1610可以落在传送带1630或其他合适的的驱动机上。传送带1630可以与携带物品40装载到无人机1610上的传送相同，或者可以是不同的传送带1630。如图23a-23c所示，无人机1610停靠在传送带1630上的凹进区域1632中，使得进给区域1631与动态支撑表面1622的顶部齐平。随着进给传送带1630移动而携带物品40朝向物品容纳区域，凹进区域1632中的驱动部分接触双层堆叠的滚轴1623的底部以使上部滚轴旋转，从而将物品40拉入并越过物品容纳区域1620。一旦物品处于物品容纳区域1620合适位置，无人机可以从驱动传送带1630脱离而停止激发滚轴。

在另一个实施例中，无人机的传送带，例如图1的传送带22或如图2的滚轴123，或动态支撑表面的另一个组件可以由传送带或其他外部驱动器在外部驱动，以将物品拉到物品容纳区域内的位置或从物品容纳区域推动物品。

图24示出了无人机装载系统1701的实施例，其中单个外部传送带1730串流通过一个或多个过渡点产生多个无人机装载区。例如，具有可外部致动的动态支撑表面1622的无人机1610，其示例在图22中示出，可以通过系留传送带1730而使传送带逐步降低落在选定的着陆或整理区域中，使得动态支撑表面可以接收物品并且由输送机1730驱动。物品40可以横跨并穿过动起来的无人机表面直到其到达指定的无人机1610。通过无人机的物品将继续在输送机1730上，直到被无人机1610拾取。或者，物品可以被分配给该线路中的第一个可用的无人机。

图25示出了包括物品喂料输送机1830和无人机输送机1832的无人机装载系统1801的另一个实施例。无人机1810着陆在无人机输送机1832上并且被传送通过物品喂料输送机1830的出料口。通过任何合适的方式将物品装载到无人机1810的动态支撑表面上，如上面所描述的那些。然后，无人机1810离开，携带其有效载荷。

图26示出了无人机装载系统1901的另一个实施例，包括移动经过无人机站的分拣输送机1930。分拣输送机1930将每个物品40分拣到选定的无人机1910。无人机1910接收所选择的物品至物品容纳区域1920然后起飞。发信号时，无人机可以进入空的装载站点。

根据本发明的又一个实施例，如图27所示，包括动态支撑表面的无人机2010(示出为传送带2022)可以包括在物品容纳区域2020中的顶部读取相机2060。动态支撑表面例将物品容纳区域2020内的物品移动，如来来回回反复移动，直到扫描成功。无人机可以包括任何合适的电子器件来提升其功能。例如，在另一个实施例中，具有动态支撑表面的无人机可以包括防盗系统，该系统可以发送无线电信号以帮助在失窃或丢失的情况下定位无人机。在另一个实施例中，也可以印刷或蚀刻或模制qr码到无人机的动态支撑表面或框架以传达关于无人机的信息。在又一个应用中，无人机可以与打印和应用机器连接为无人机的动态支撑表面上承载的包裹上打印标签。

图28示出了包括动态支撑表面的无人机2110的另一个实施例，如图示为在物品容纳区域2120中的传送带2122。第一端2123传送带形成物品容纳区域2120的装载端，并且第二端2124形成物品容纳区域2120的排出端。排出端2124包括斜坡2126以便于产品平稳过渡到接收表面上。斜坡可以包括低摩擦静态表面，或者可以包括被动或从动滚轴。如上所述，斜坡2126可以选择性地在倾斜位置和容纳位置之间枢转形成物品容纳区域2120的壁。

在一个实施例中，无人机沿与动态支撑表面的行进方向相反的方向移动，以促进物品从物品容纳区域排出。无人机的动态支撑表面可以选择性地锁定以防止不必要的物品移动。

图29显示具有动态支撑表面的无人机的另一应用。在图29的实施例中，两个无人机2210a和2210b可以共享有效载荷并在半空中传送包裹。无人机协调位置并对齐以允许第一无人机将包裹排出到第二传送带。无人机2210a，2210b已经延伸传送带2222a、2222b形成延伸超出物品容纳区域2220a、2220b的动态支撑表面。连接器2230可连接两个无人机以便于传送。或者，两个无人机可以共享一个大包裹的负载。

具有动态支撑表面的无人机可以与任何合适类型的对接站和仓库连接。例如，图30a-30c显示了无人机对接站3000的一个例子适用于具有动态支撑表面的无人机，例如传送带。无人机对接站3000包括具有可伸出抽屉3002的框架3001，该抽屉3002包括从可伸展侧杆3010、3011延伸的降落引导件3004，其用于接收无人机。示例性降落引导件3004包括具有顶部支柱的基本上为y形的薄片，该顶部支柱引导无人机轮轴至中央狭槽30005，该中央狭槽30005位于由顶部支柱形成的通道的底部。当无人机轮轴3019接触导向支柱的顶部时，其沿导向件的顶部边缘滑动并落入中央狭槽3005中以将无人机3020固定就位，如图30b所示。气动系统或其他合适的驱动器可以使抽屉相对于框架伸出和缩回。对接站3000还包括用于驱动无人机上的传送带3022的下部传送带3030和用于从无人机接收来自无人机的物品或将物品传送到无人机的转移运输带3031。

当无人机3010靠近工作台3000时，工作台将抽屉3002推出，如图30a和30b所示。然后，无人机3020在降落导引件3004的协助下着陆在延伸的抽屉3002上。在无人机着陆之后，对接站收回抽屉。下部传送带3030接触无人机的传送带3022的底部以移动无人机传送带3022，将物品3333从无人机的物品容纳区域3021推到转移运输带3031上。下部传送带3030通过摩擦接触驱动无人机上的传送带3022。可以使用其它用于驱动形成动态支撑表面的无人机传送带的装置，诸如使用齿轮、滚轴、马达以及本领域已知的其它装置。

用于从无人机接收物品并将物品排出到无人机的任何合适的装置也可以使用。例如，无人机可以将物品递送到快递箱或专用容器，其被设置为接收从动态支撑表面排出的包裹。无人机还可以将包裹递送至具有用于接收来自无人机的物品的着陆平台或滑槽的车辆。

无人机的接收器可以包括用于在传送期间保护无人机的连接器。例如，接收器可以包括用于吸引无人机的磁体。在一个实施例中，无人机可以具有安装在选定位置的永磁体，并且对接站或其他接收站具有电磁体。在着陆期间，电磁体将具有与永磁体吸引的构造。在起飞过程中，电磁体与永久磁铁将具有排斥构型。当无人机停靠，电磁体可以没有磁场。在另一个实施例中，无人机可以包括开口用于接收对接站中的对准销钉以选择性地将无人机锁定到对接站。

接收器可以包括引导器，诸如ir发射器，用于将无人机引导至特定区域以便卸载。

尽管已经参考几个示例性方式详细描述了本发明，但是其他方式也是可能的。所以，正如这几个例子所表明的那样，权利要求的范围并不意味着局限于详细描述的方式。