自动化无人机快递配送系统研究

杜洋+刘洪辰

摘 要 在微电子技术、现代导航技术以及新材料的支持下，四旋翼无人飞行器成为了一种相对成熟的民用飞行器。四旋翼飞行器具有结构简单、成本低廉、性能卓越的优点，依靠四旋翼飞行器作为快递投放终端，建立自动化快递投放系统，这会使传统快递业发生革命性改变。若合理布局快递接收基座、建立无人机群协作模式、完善地面监控系统，大范围应用自动化快递系统将成为现实。

关键词 四旋翼飞行器；无人机；快递投放

中图分类号 TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）163-0096-02

1 研究背景

据统计，中国一年要收发约90亿件快递。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递三轮车不仅造成了交通拥堵，也成为了潜在的交通隐患。现有快递投放方式制约了快递行业的发展，如何高效、安全、低成本投放快递已成为现代快递行业的发展方向。

2 设计原理

2.1 应用型四旋翼飞行器设计

作为快递投放终端的无人飞行器必须具备险情预警、自我检修的功能，以适应复杂飞行环境。机身结构应高度一体化，具备防水、防雷、抗风、抗摔、抗磁的性能。

无人机自身重量是影响其续航能力和尺寸的主要因素，同时其动力系统在整机重量中占了很大比例。在机身材料的选择上，在保证强度、刚度稳定性的前提下，应优先选择重量轻的材料。

在飞行器重量相同时，其尺寸与速度、能耗成反比，因此在进行飞行器设计时应进行系统的最优化设计，确保飞行稳定的同时，应考虑机身的受到的空气阻力作用和能耗之间的关系。

飞行器工作环境多为居民区，在设计时不只要考虑到飞行器自身的飞行安全更要考虑到其工作区域内居民的生命财产安全。目前，民用四旋翼飞行器大多采用旋翼裸露在外的设计，无保护装置。旋翼转速极高，这种旋翼裸露在外的设计不仅威胁到工作人员的安全，其飞行过程更有可能威胁居民的生命安全。因此，对于工作环境为居民区的飞行器，其旋翼应有保护装置。

飞行器的自身成本较高，应用于商业领域，在设计时必须考虑到其使用率。四旋翼飞行器的多采用充电电池供电，但是电池充电过程需要很长的时间，这是影响飞行器使用率的主要因素。快速充电技术和无线充电技术已处于实际应用阶段，将这两项技术应用飞行器，随着技术的发展成熟，飞行器的使用率会得到提高。

2.2 快递终端接收基座设计

快递终端接收基座是设置在居民区，具备起降飞行器、自动接收快递、信号中继功能的基础设施。

快递终端接收基座是直接面向于用户的服务型设施，在设计上应符合人体工程学，用户体验要友好。作为一种服务型的公共设施，其材料应具备抗老化的性能，结构设计也应该考虑到高频率使用造成的磨损因素。

城市用地紧张，已建成的居民区可利用公共空间极少。快递终端接收基座在设计要降低空间占用率，同时也做到功能整合性。把新能源汽车充电基座和快递终端接收集中整合，达到了一个基座多种使用功能的目的。

城市公共设置本身应具备城市景观的功能，快递终端接收基座在外观设计上须具备美观性、时代性和标志性，符合大众审美需求。

3 自主飞行控制系统设计

飞行器需要具备全面的环境感知能力和学习适应能力，以完成在复杂条件下的自主导航任务。通信、协调、目标识别、分配与应急处理是建立自主飞行系统的关键。

为保证无人机通信系统稳定安全，应建立其专有通信网，采用数字加密信号进行通信。同时，飞行器应具有至少2种通信方式，在专有通信网发生故障时，可以紧急调用民用4G通信网络来确保飞行器的安全运行。

在飞行器的工作区域建立由监测基站组成的监测网，由调度中心统一进行数据处理，再把飞行指令传送到飞行器，使各个飞行器的飞行路线互不干扰。

飞行器应装置“黑匣子”，收集飞行数据。调度中心定期对飞行数据分析处理，建立云数据库。飞行器在遇到紧急情况时，把现场数据传回调度中心，通过和云数据库数据比对分析，做出最佳应急反应。通过这种循环学习的模式，飞行器会随着飞行时间的增长和飞行环境的增多而变得更加智能。

四旋翼飞行器高灵活度、控制简单、起降要求低、维护成本低的优点，能安全、高效、迅速地投放快递。

多功能快递接收基座同时具备编码识别、快递自动接收、为无人机充电、作为新能源汽车充电基座3大功能。无人机充电采用无线充电供给方式。基座采用一体化设计，在兼顾结构合理和造型美观的同时，一个基座多种使用功能，最大限度地降低空间占用率。

配送系统自动化程度高，人力成本大大降低。空运方式运送，能缓解城市地面交通拥挤。

整个系统只消耗电能，实现了碳的零排放。

4 应用前景

目前，四旋翼飞行器民用领域主要应用于航拍和地面测量。随着新材料、电池和导航技术的发展，四旋翼飞行器在民用领域将有着更广阔的应用。

飞行器和飞行系统本身具有很大的拓展空间，其潜在的社会和经济价值巨大。例如，可以建立城市无人机安保系统，安保飞行器和快递飞行器共用通信和导航系统，政府和多家企业合资建设基础设施，这样的整合能缓解在前期基础设施建设上的资金压力。

现有技术完全能支持该系统的建立。以“大疆”为代表的民用无人机企业在技术上已经处于全球领先地位，同时我国在军用无人机制造上也有技术沉淀，这为无人机快递系统建设创造了客观条件。

民用四旋翼飞行器主要运用于航拍领域，面向对象窄，经济附加值不高，这限制了其市场需求。无人机广泛应用物流配送领域，能促进国家的高新技术的发展，创造就业岗位，从而推动国家经济建设。？

参考文献

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