自動(dòng)化無(wú)人機(jī)快遞配送系統(tǒng)研究

杜洋+劉洪辰

摘 要 在微電子技術(shù)、現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)以及新材料的支持下，四旋翼無(wú)人飛行器成為了一種相對(duì)成熟的民用飛行器。四旋翼飛行器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、性能卓越的優(yōu)點(diǎn)，依靠四旋翼飛行器作為快遞投放終端，建立自動(dòng)化快遞投放系統(tǒng)，這會(huì)使傳統(tǒng)快遞業(yè)發(fā)生革命性改變。若合理布局快遞接收基座、建立無(wú)人機(jī)群協(xié)作模式、完善地面監(jiān)控系統(tǒng)，大范圍應(yīng)用自動(dòng)化快遞系統(tǒng)將成為現(xiàn)實(shí)。

關(guān)鍵詞 四旋翼飛行器；無(wú)人機(jī)；快遞投放

中圖分類號(hào) TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）163-0096-02

1 研究背景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)一年要收發(fā)約90億件快遞。目前末端物流主要依靠人力投放，投放成本高、效率低，穿梭在大街小巷的快遞三輪車不僅造成了交通擁堵，也成為了潛在的交通隱患。現(xiàn)有快遞投放方式制約了快遞行業(yè)的發(fā)展，如何高效、安全、低成本投放快遞已成為現(xiàn)代快遞行業(yè)的發(fā)展方向。

2 設(shè)計(jì)原理

2.1 應(yīng)用型四旋翼飛行器設(shè)計(jì)

作為快遞投放終端的無(wú)人飛行器必須具備險(xiǎn)情預(yù)警、自我檢修的功能，以適應(yīng)復(fù)雜飛行環(huán)境。機(jī)身結(jié)構(gòu)應(yīng)高度一體化，具備防水、防雷、抗風(fēng)、抗摔、抗磁的性能。

無(wú)人機(jī)自身重量是影響其續(xù)航能力和尺寸的主要因素，同時(shí)其動(dòng)力系統(tǒng)在整機(jī)重量中占了很大比例。在機(jī)身材料的選擇上，在保證強(qiáng)度、剛度穩(wěn)定性的前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇重量輕的材料。

在飛行器重量相同時(shí)，其尺寸與速度、能耗成反比，因此在進(jìn)行飛行器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保飛行穩(wěn)定的同時(shí)，應(yīng)考慮機(jī)身的受到的空氣阻力作用和能耗之間的關(guān)系。

飛行器工作環(huán)境多為居民區(qū)，在設(shè)計(jì)時(shí)不只要考慮到飛行器自身的飛行安全更要考慮到其工作區(qū)域內(nèi)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前，民用四旋翼飛行器大多采用旋翼裸露在外的設(shè)計(jì)，無(wú)保護(hù)裝置。旋翼轉(zhuǎn)速極高，這種旋翼裸露在外的設(shè)計(jì)不僅威脅到工作人員的安全，其飛行過(guò)程更有可能威脅居民的生命安全。因此，對(duì)于工作環(huán)境為居民區(qū)的飛行器，其旋翼應(yīng)有保護(hù)裝置。

飛行器的自身成本較高，應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到其使用率。四旋翼飛行器的多采用充電電池供電，但是電池充電過(guò)程需要很長(zhǎng)的時(shí)間，這是影響飛行器使用率的主要因素。快速充電技術(shù)和無(wú)線充電技術(shù)已處于實(shí)際應(yīng)用階段，將這兩項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用飛行器，隨著技術(shù)的發(fā)展成熟，飛行器的使用率會(huì)得到提高。

2.2 快遞終端接收基座設(shè)計(jì)

快遞終端接收基座是設(shè)置在居民區(qū)，具備起降飛行器、自動(dòng)接收快遞、信號(hào)中繼功能的基礎(chǔ)設(shè)施。

快遞終端接收基座是直接面向于用戶的服務(wù)型設(shè)施，在設(shè)計(jì)上應(yīng)符合人體工程學(xué)，用戶體驗(yàn)要友好。作為一種服務(wù)型的公共設(shè)施，其材料應(yīng)具備抗老化的性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)該考慮到高頻率使用造成的磨損因素。

城市用地緊張，已建成的居民區(qū)可利用公共空間極少?？爝f終端接收基座在設(shè)計(jì)要降低空間占用率，同時(shí)也做到功能整合性。把新能源汽車充電基座和快遞終端接收集中整合，達(dá)到了一個(gè)基座多種使用功能的目的。

城市公共設(shè)置本身應(yīng)具備城市景觀的功能，快遞終端接收基座在外觀設(shè)計(jì)上須具備美觀性、時(shí)代性和標(biāo)志性，符合大眾審美需求。

3 自主飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

飛行器需要具備全面的環(huán)境感知能力和學(xué)習(xí)適應(yīng)能力，以完成在復(fù)雜條件下的自主導(dǎo)航任務(wù)。通信、協(xié)調(diào)、目標(biāo)識(shí)別、分配與應(yīng)急處理是建立自主飛行系統(tǒng)的關(guān)鍵。

為保證無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)穩(wěn)定安全，應(yīng)建立其專有通信網(wǎng)，采用數(shù)字加密信號(hào)進(jìn)行通信。同時(shí)，飛行器應(yīng)具有至少2種通信方式，在專有通信網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，可以緊急調(diào)用民用4G通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)確保飛行器的安全運(yùn)行。

在飛行器的工作區(qū)域建立由監(jiān)測(cè)基站組成的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，由調(diào)度中心統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再把飛行指令傳送到飛行器，使各個(gè)飛行器的飛行路線互不干擾。

飛行器應(yīng)裝置“黑匣子”，收集飛行數(shù)據(jù)。調(diào)度中心定期對(duì)飛行數(shù)據(jù)分析處理，建立云數(shù)據(jù)庫(kù)。飛行器在遇到緊急情況時(shí)，把現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳回調(diào)度中心，通過(guò)和云數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)比對(duì)分析，做出最佳應(yīng)急反應(yīng)。通過(guò)這種循環(huán)學(xué)習(xí)的模式，飛行器會(huì)隨著飛行時(shí)間的增長(zhǎng)和飛行環(huán)境的增多而變得更加智能。

四旋翼飛行器高靈活度、控制簡(jiǎn)單、起降要求低、維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)，能安全、高效、迅速地投放快遞。

多功能快遞接收基座同時(shí)具備編碼識(shí)別、快遞自動(dòng)接收、為無(wú)人機(jī)充電、作為新能源汽車充電基座3大功能。無(wú)人機(jī)充電采用無(wú)線充電供給方式?；捎靡惑w化設(shè)計(jì)，在兼顧結(jié)構(gòu)合理和造型美觀的同時(shí)，一個(gè)基座多種使用功能，最大限度地降低空間占用率。

配送系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，人力成本大大降低?？者\(yùn)方式運(yùn)送，能緩解城市地面交通擁擠。

整個(gè)系統(tǒng)只消耗電能，實(shí)現(xiàn)了碳的零排放。

4 應(yīng)用前景

目前，四旋翼飛行器民用領(lǐng)域主要應(yīng)用于航拍和地面測(cè)量。隨著新材料、電池和導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，四旋翼飛行器在民用領(lǐng)域?qū)⒂兄鼜V闊的應(yīng)用。

飛行器和飛行系統(tǒng)本身具有很大的拓展空間，其潛在的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。例如，可以建立城市無(wú)人機(jī)安保系統(tǒng)，安保飛行器和快遞飛行器共用通信和導(dǎo)航系統(tǒng)，政府和多家企業(yè)合資建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，這樣的整合能緩解在前期基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上的資金壓力。

現(xiàn)有技術(shù)完全能支持該系統(tǒng)的建立。以“大疆”為代表的民用無(wú)人機(jī)企業(yè)在技術(shù)上已經(jīng)處于全球領(lǐng)先地位，同時(shí)我國(guó)在軍用無(wú)人機(jī)制造上也有技術(shù)沉淀，這為無(wú)人機(jī)快遞系統(tǒng)建設(shè)創(chuàng)造了客觀條件。

民用四旋翼飛行器主要運(yùn)用于航拍領(lǐng)域，面向?qū)ο笳?，?jīng)濟(jì)附加值不高，這限制了其市場(chǎng)需求。無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用物流配送領(lǐng)域，能促進(jìn)國(guó)家的高新技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)崗位，從而推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)。？

參考文獻(xiàn)

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