一种智能配送无人机

1.本实用新型属于配送机器人领域，特别涉及一种智能配送无人机装置。


背景技术：

2.随着我国快递业的不断发展,包裹数量急剧增加，导致快递“最后一公里”配送任务重、难度高。传统的“最后一公里”配送任务主要由人工完成，往往存在配送不及时、包裹易丢失、取货时间地点不灵活、大件配送体系不完善等问题,不能满足人们对高质量快递业服务末端配送的需求。配送机器人概念应运而生，阿里巴巴的物流机器人已经在浙江大学等地进行了试用并获得了良好的反响。但现有的物流机器人存在着诸如：受地面道路的条件限制较大，难以在地表崎岖与交通拥堵的环境下进行配送；配送无人机具有受地面道路的条件限制更小，人力成本更低，可以用来完成特定场所的自动配送工作的特点，可以更快速的进行货物配送；但现有的配送无人机多采用挂绳悬挂式配送方式，不仅不安全而且每次只能配送一个货物，配送效率较低。现有技术只能人为的操作遥控器来控制无人机完成指定的操作或提前设定目的地进行定点飞行，无法实现无人机自主配送。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种智能配送无人机，其作为配送机器人的一种，较一般的配送机器人受地面道路的条件限制更小，人力成本更低，可以用来完成特定的场所的自动配送工作。如解决隔离区或山区的货物配送问题，采用本实用新型的智能配送无人机能更好实现。本实用新型的其主体上安装了摄像头、gps定位装置和红外线测距装置，配合系统程序，完成目标识别、路径规划、实时测距和自动避障功能，实现自主配送，减小道路条件对无人机配送的影响；货舱主体含有三个货物存放区，能一次配送三个货物，大大提高货物配送的效率。
4.本实用新型是通过下述技术方案来实现上述目的。
5.一种智能配送无人机，包括货舱主体、无人机主体、夹紧装置、推送装置、卡扣装置、脚架、摄像头、gps定位装置和红外线测距装置；
6.无人机主体上设有无刷电机连接的若干个旋翼臂，无人机主体下部连接货舱主体，卡扣装置设在无人机主体和货舱主体上；
7.货舱主体包括无人机主体下部的投送管道和若干个货舱，各货舱中分别设有夹持货物的夹紧装置和推送装置，在三个货舱外板上分别设有脚架；还包括设在货舱主体上的摄像头、货舱主体前的红外线测距装置和无人机主体上的gps定位装置；以及与摄像头、红外线测距装置和gps定位装置连接的控制系统。
8.对于上述技术方案，本实用新型还有进一步优选的方案：
9.优选的，所述无人机主体包括上层板和下层板，旋翼臂与上层板连接，上层板通过旋翼臂与下层板连接；旋翼臂端部设置无刷电机和螺旋桨，下层板下方固定有固定板。
10.优选的，所述货舱主体中部下方为投送管道，通过三个框型板连接构成；在三个框
型板外侧分别连接平行布置的连杆和限位板，通过连杆连接货舱框板和外侧板，三块侧板的外侧都固定有推送装置和脚架。
11.优选的，所述货舱主体后货舱两侧面安装有左侧连接板和右侧连接板，左侧连接板和右侧连接板以及货舱主体前部都安装有卡扣装置。
12.优选的，所述卡扣装置包括卡扣卡槽和卡扣定位件，卡扣卡槽包括通过螺钉连接的两个短垫片和一个长垫片组成的一个能卡住上方卡扣的卡槽结构，卡扣卡槽固定在前侧板、左侧连接板和右侧连接板上。
13.优选的，所述卡扣定位件包括l型铝合金板、固定片、u型板、卡扣和扭转弹簧，l型铝合金板固定在下层板和固定板上；通过螺栓将u型板和卡扣固定在固定片和l型铝合金板之间，扭转弹簧固定在卡扣中间。
14.优选的，所述推送装置包括电机输出轴啮合的减速齿轮组，减速齿轮组与齿条啮合，齿条连接齿条固定件，齿条固定件分别连接于三个夹紧装置的夹紧外壳上。
15.优选的，所述夹紧装置通过齿条固定件与推送装置连接；夹紧装置夹紧外壳内侧壁设有水平向内延伸的圆柱，圆柱内放置有预紧弹簧，受力支座上设有与水平圆柱相插入的小直径圆柱；受力支座外端面连接有活动夹片，活动夹片与夹紧外壳外侧壁弧形面相向布置；限位杆穿过夹紧外壳上下两侧限位槽与货舱上的限位板的限位槽活动连接，限定夹紧装置在货舱中的位置。
16.优选的，限位杆中段上下分别设有限位挡块和限位螺纹，通过螺母连接限位杆，将限位杆在限位杆支撑的任意位置夹紧。
17.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
18.本实用新型整个配送过程可以做到自主定位、路径规划、目标识别、自动避障、货物搬运与精准投递；克服了地面交通状况对配送的限制，每次配送只能配送一个货物，配送效率较低的问题，可以用来完成特定的场所的自动配送工作。
19.1、本实用新型由于采用了上述技术方案的控制系统及其外设的共同配合工作，解决了物流配送无人机受地面道路条件限制的缺陷，难以在地表崎岖与交通拥堵的环境下进行配送的问题。
20.2、本实用新型由于采用了上述技术方案的货舱主体含有多个货物存放区，能一次配送多类个货物，解决了每次配送效率较低的问题。
21.3、本实用新型由于采用了上述技术方案的夹紧装置，解决了无人机飞行时货物在货舱内晃动的问题。
22.4、推送装置在控制系统的控制下，使货物从货舱推出，进行投送货物。
23.5、通过在无人机主体上安装了摄像头、gps定位装置和红外线测距装置；配合系统程序，使用stm32单片机硬件芯片和摄像头配合对图像进行处理，完成目标识别、路径规划、实时测距和自动避障功能，减小了地面道路的条件限制，实现货物自主配送。
24.6、通过在无人机主体上安装了摄像头、gps定位装置和红外线测距装置；配合系统程序，使用stm32单片机硬件芯片和摄像头配合对图像进行处理，完成目标识别、路径规划、实时测距和自动避障功能，减小了地面道路的条件限制，实现货物自主配送。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：
26.图1是无人机整体结构示意图；
27.图2是无人机主体结构示意图；
28.图3是货舱主体结构示意图；
29.图4是卡扣结构示意图；
30.图5是推送装置结构示意图；
31.图6是夹紧装置爆炸结构示意图；
32.图7是夹紧装置组合结构示意图；
33.图8是限位杆结构主视图；
34.图9是脚架结构示意图；
35.图10是控制方法流程框图。
36.图中各部件标记：
37.1、货舱主体；2、无人机主体；3、夹紧装置；4、推送装置；5、卡扣装置；6、脚架；7、摄像头；8、gps定位装置；9、红外线测距装置；10、旋翼臂；11、无刷电机；12、螺旋桨；13、上层板；14、下层板；15、卡口定位件；16、导向板；17、脚架固定件；18、支撑管；19、脚撑；20、电机外壳；21、电机；22、减速齿轮组；23、齿条；24、齿条导向壳；25、活动夹片；26、夹紧外壳；27、预紧弹簧；28、受力支座；29、齿条固定件；30、限位杆；31、卡扣卡槽；32、l型铝合金板；33、u型板；34、扭转弹簧；35、固定片；36、卡扣；37、限位板；38、前侧板；39、后侧板；40、左侧板；41、右侧板；42、左侧连接板；43、右侧连接板；44、摄像头固定板；45、限位槽；46、限位挡块；47、短垫片；48、长垫片；49、固定板；50、限位杆支撑；51、限位螺纹。
具体实施方式
38.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
39.下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
40.如图1所示，本实用新型实施例示出了一种智能配送无人机，无人机整体包括货舱主体1、无人机主体2、夹紧装置3、推送装置4、卡扣装置5、脚架6、摄像头7、gps定位装置8和红外线测距装置9。无人机主体2上设有无刷电机11连接的四个旋翼臂10，无人机主体2下部连接货舱主体1，卡扣装置5设在无人机主体2和货舱主体1上；货舱主体1包括无人机主体2下部的投送管道和三个货舱，在三个货舱中分别设有夹持货物的夹紧装置3和推送装置4，在三个货舱外板上分别设有脚架6；摄像头7设在货舱主体1中部顶面，gps定位装置8设在在无人机主体2上方，红外线测距装置9设在货舱主体1的前面。
41.如图2所示，无人机主体2包括上层板13和下层板14，四个旋翼臂10与上层板13连接，上层板13通过旋翼臂10与下层板14连接；四个旋翼臂10端部放置了无刷电机11和电机输出轴连接的螺旋桨12，下层板14下方固定有固定板49，下层板14前端和固定板49两端都固定有卡扣定位件15。gps定位装置8安装在无人机主体2的上层板13上。
42.如图3结合图1所示，货舱主体1包括中部投送管道和三个方向的货舱，投送管道由
六块导向板16组成；每个货舱都设有推送装置4、夹紧装置3和脚架6。货舱主体1中部顶面设有摄像头固定板44，摄像头7安装在摄像头固定板44上。货舱主体1中部下方为投送管道，通过三个框型板连接构成；在三个框型板外侧分别连接平行布置的连杆和限位板37，通过连杆连接货舱框板和外侧板，外侧板分别为后侧板39、左侧板40和右侧板41，三块侧板的外侧都固定有推送装置4和脚架6。
43.货舱主体1投送管道上设有前侧板38，红外线测距装置9安装在货舱主体1的前侧板38上。货舱主体1后货舱两侧面安装有左侧连接板42和右侧连接板43，左侧连接板42和右侧连接板43以及货舱主体1上部都安装有卡扣卡槽31。
44.如图3结合图1、图2所示，卡扣装置5包括卡扣卡槽31和卡扣定位件15，卡扣卡槽31见图2所示，卡扣卡槽31包括通过螺钉连接的两个短垫片47和一个长垫片48组成的一个能卡住上方卡扣的卡槽结构，卡扣卡槽31固定在前侧板38、左侧连接板42和右侧连接板43上。
45.见图4所示，卡扣定位件15包括l型铝合金板32、固定片35、u型板33、卡扣36和扭转弹簧34，l型铝合金板32固定在下层板14前端和固定板49两端的下方；通过螺栓穿过固定片35和将u型板33，将u型板33和卡扣36固定在固定片35和l型铝合金板32之间，扭转弹簧34固定在卡扣36中间，给卡扣36提供预紧力；卡口定位件15分别与各处的卡扣卡槽31配合，完成无人机主体2与货舱主体1的连接。当按下两个卡扣36在卡槽内相向靠拢时，卡扣定位件15内的扭转弹簧34被压缩，卡扣36从卡扣卡槽31分离，使无人机主体2与货舱主体1分离。
46.卡扣装置的主要作用是使无人机主体与货舱主体连接起来，并且在人工存放货物到货物存放区的时候可以手动使这两部分分离。
47.如图5所示，推送装置4包括电机外壳20、电机21、减速齿轮组22、齿条23和齿条导向壳24，电机外壳20内放置了电机21，电机输出轴与减速齿轮组22啮合，减速齿轮组2输出轴与齿条23啮合，齿条23贯穿齿条导向壳24连接齿条固定件29，齿条固定件29分别连接在三个夹紧装置3的夹紧外壳26上。
48.推送装置在控制系统的控制下，使货物从三个货物存放区中缓缓推出，滑过投送管道到达货舱底部的出货口，进行投送货物。
49.如图6所示，夹紧装置3通过齿条固定件29与推送装置4连接。夹紧装置3包括活动夹片25、夹紧外壳26、预紧弹簧27、受力支座28和限位杆30，夹紧外壳26为内侧壁设有四个水平向内延伸的圆柱，上下壁设有限位槽45，外侧壁设有弧形面的框型架；夹紧外壳26内侧壁四个水平向内延伸的圆柱内放置有预紧弹簧27，受力支座28上设有四个与水平圆柱相插入的小直径圆柱，小直径圆柱与预紧弹簧27相接；活动夹片25、受力支座28和预紧弹簧27组合后再放置到夹紧外壳26内。受力支座28外端面螺栓连接有活动夹片25，活动夹片25为弧形，与夹紧外壳26外侧壁弧形面相向布置，活动夹片25弧度与夹紧外壳26弧度一致。
50.夹紧装置主要作用是在三个货物存放区和推动货物时夹紧货物，避免无人机飞行时货物在货舱内晃动；根据配送货物的尺寸大小，可以调节夹紧装置的活动夹片，用于固定和夹持不同尺寸大小的货物；投送货物时通过限位杆的限位作用使夹紧装置张开，货物便从货舱底部的出货口投递出来。
51.如图7所示，限位杆30通过限位杆支撑50固定在受力支座28中间，限位杆支撑50通过限位杆30穿过夹紧外壳26上下两侧的限位槽45，与货舱上的限位板37的限位槽活动连接，以此来限定夹紧装置3在货舱中的位置。
52.如图8所示，限位杆30中段上侧有限位挡块46，与下侧设有的限位螺纹51配合螺母，可以选择在限位调整件50的任意位置夹紧，从而达到调整并固定限位杆30位置的要求。
53.夹紧状态时，在活动夹片25与夹紧外壳26之间放入货物，预紧弹簧27压缩相应的长度，提供预紧力保证货物在夹紧状态下不会移动，根据货物大小，可以调整限位杆30在限位调整件50中的位置，从而改变松开货物的时间与位置，保证货物于投送管道上方精准投放；投放状态时，推送装置4推动夹紧装置3整体向前移动，直到限位杆30撞到限位板37上的限位槽靠近投送管道的那一端后停止，此时受力支座28、活动夹片25和限位调整件50因和限位杆36连接成一整体，也受限位板37上限位槽的作用而停止，夹紧外壳26继续前进，最终货物到达投放管道上方时被松开，完成投放。
54.如图9所示，脚架6的脚架固定件17与货舱主体1三端的后侧板39、左侧板40和右侧板41固定，脚架固定件17通过支撑管18与脚撑19连接，达到支撑无人机的目的。
55.如图10所示，为智能配送无人机控制系统的原理框图。
56.本实用新型智能配送无人机的控制方法，包括如下过程：
57.s1，客户下单，订单信息导入商家电脑端；
58.s2，操作员在电脑前将所有货物投送目的地及其所需投送的货物对应顺序信息导入无人机控制系统；
59.s3，无人机控制系统检测电量是否充足；如是，则此无人机控制系统接收指令信息，并且等待存货员向货舱存放货物；若否，则不接收指令，继续充电，指令由下一台无人机根据电量判断是否可以接收；
60.s4，存货员人工打开无人机主体与货舱主体的卡扣，使无人机主体与货舱主体分离，将待配送货物放置到货舱的货物存放区后，再把无人机主体和货舱主体通过卡扣连接；
61.s5，无人机控制系统检测是否存放货物；如是，无人机开启配送程序；若否，继续等待装货；
62.s6，开启配送程序后，无人机gps定位装置测定无人机当前所处位置，判断与第一个带配送货物目的地之间的位置关系，做出初步的路径规划；
63.s7，无人机起飞，开始红外测距装置实时测距判断初步的规划路径上是否有障碍物阻挡；若是，则向红外测距装置测得没有障碍阻挡的方向飞行，绕过障碍物，无人机便实时绕过障碍物逐渐逼近目的地；若否，则按照初步的规划路径抵达目的地；
64.s8，无人机到达目的地，无人机降低飞行高度，对应货物所在货舱的推动装置启动，进行货物的投放；
65.s9，投放完成，无人机判断货舱货物是否投递完；若是，无人机返回出发地进行下一个批货物投送；若否，则通过相同的步骤投送剩余的货物。
66.下面通过具体实施例来进一步说明本实用新型。
67.本实用新型的智能配送无人机进行过工程训练大赛的训练试飞，试飞区域尺寸为40
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40m，在起降区人工放置好三个货物，无人机起飞，完成gps定位，自行规划路径，首先飞往1号货物投放区进行精准投放，在投放完成后重新规划路径飞往2号货物投放区，两地之间设置有障碍物，无人机在飞行过程中成功完成障碍物的自主识别并进行了避障，在到达2号货物投放区后进行货物投放，之后再次起飞进行3号货物的投放，在货物全部投放完毕后，自行飞回起降区，完成配送任务，共耗时2分钟10秒。
68.从以上实施例可以看出，本实用新型克服了地面条件对配送的限制，大大节省了配送时间，在飞行过程中通过夹紧装置固定货物，保证了货物在飞行过程中的稳定与安全，配送过程全程由无人机自身来规划路径、进行投放，没有人为干涉，减少了人力成本，提高了配送效率。
69.本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征做出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。