空中配送员机器设计与应用研究

空中配送员机器设计与应用研究

赵成龙，蒋雷亮，李嵘芳，刘均勇，韦忠技，吕春花 ， 韦巧

（北部湾大学 ，广西 钦州 535011 ）

摘要：随着网络技术的快速发展，互联网的发展变得越来越重要。网上购物也抓住机会出现和发展，随着网上购物市场的整体普及，市场需求也逐渐明显，相应的问题也逐渐突出。例如，在外卖中，手工送货是耗时和效率低下的，这导致外卖超时和食品温度不理想。 一些网上购物的顾客因为没有时间去快递收集点得到快递，导致快递收集点的空间资源的分配;在紧急医疗分配中，由于道路交通堵塞或地面车辆无法通过，最终使医药品不能及时交付，错过医治的最佳时间，最终导致伤员无法摆脱生命危险。为了解决上述问题，团队决定开发一种无人机，实现空中材料的远程遥控传递。因此，团队对无人机进行了相应的机器设计和应用研究。

关键词：无人机，设计，应用研究

基金项目：北部湾大学大学生创新创业训练计划资助项目(S202111607099)；北部湾大学高等教育本科教学改革项目：互联网+虚拟现实技术在工程实训教学中的研究与应用—以北部湾大学为例（项目编号：19JGYB27）。

1.引言

网上购物得到了公众的广泛接受。快递行业发展迅速，但也带来了快递的一些问题。在一些交通不方便的农村地段和偏远地段，运输比较困难，使快递不能按时送达。以往的人工的货到付款模式不但需要大量的人力物力，而且需要花费时间。然而，使用无人机运送快递货物更方便、更容易操作。目前，中国有使用无人机进行快递的先例，但仍有许多问题。与传统的物流配送方式相比，无人机物流配送有许多优点。首先，无人机可以垂直起飞和降落，占用空间小，灵活性强。无人机可以完成人类无法企及的艰巨任务。

2.无人机应用市场

从政策和环境的角度来看，外卖商家的相关规定已经逐步确立。 例如，商务部和国家发展改革委员会联合发布的《餐饮行业经营管理办法(试行)》首次规定食品向外国销售和交付；地也出台了相关规定。 同时，由于城市的发展，“禁摩限电”导致外卖服务出现新问题，无人送货成为迫切需要。只有这样，我们才能提高食品运输效率，降低成本，变得更加绿色。此外，中国在2010年发表了《关于深化我国低空空域管理改革的意见》，并发布了有关规定，这是指导低空空域管理改革的规范化文件。

无人机的中低端市场是物流。现在中国的物流前景非常好。除了传统的物流运输，高科技的物流运输已经逐渐进入我们的视野。无人机具有GPS定位先进、承载能力大的优点。在国外，亚马逊的首席执行官说，到2015年，该公司将通过无人机运送包裹。国内的顺路快递已经在出口之间使用无人机。可以看出，无人机市场已经发展成为各种行业。

3.无人机总体结构设计

3.1飞行控制系统

主要由双CPU、电子陀螺仪、加速度计、电子罗盘、8个电调输出口、6个舵机输出口、4个串口、1个I2C、1个SPI、1个电源检测口、1个电子安全开关输出口、1个蜂鸣器输出口、LED灯和micro SD卡组成,是整个飞行器的核心,控制各个系统的设备.

3.2 GPS模块

GPS模块内含GPS信号接收处理装置和外置电子罗盘（和飞行控制系统里的内置电子罗盘组成双罗盘提高飞行器稳定性），GPS模块六针接口接飞控的GPS接口，四针接口接I2C接口, 其作用主要是为了测量飞行器当前的经纬度、高度、航迹方向、地速等信息及对飞机当前的航线。

3.3数传模块

数传模块是飞控和电脑PC端连接，进而修改飞行器参数和查看飞行器状态，数传有发射模块与接收模块，接收模块带USB接口插在PC端，发射模块带6针接口接在飞控的TELEM1。

3.4电源模块

电源模块用于检测锂电池电压电流，当电压过低，飞控通过蜂鸣器报警，飞控主LED灯闪红灯，飞机自动降落或返航，如图1所示。6针的接口接飞控的POWER，粗线一端接锂电池，另一端接电调电源端。电子调速器，分为电源端、信号端、电机端，电源端为粗线，信号为细线，电机端为3根较粗线对应电机的三相线。选用的电机为无刷三相电机。

图1 无刷电机 图2 飞行原理图

3.5 飞行器的工作原理

由六台无刷电机按照米字顺序陈列的无刷飞行器,驱动六片桨旋转时所产生的推力六个电机轴距几何中的方向左右倾转响六个电机个正转,三个电机逆转的航向方式可以使得电机围绕坚直轴的方向进行旋转时的逆扭矩均匀,与矩心之间的距离相等,当电机在对角两个轴上所产生的升力相同时,能够保证六轴航向稳定。如图2:飞行器整体布局外观呈蜘蛛形,六轴电机旋转排布方式如图所示前(3、5号)，后(4、6号)，右(1号) 左(2号)。3、1、6号电机顺时针方向旋转，5、4、2号电机逆时舒方向旋转。六个电机的转速做相应的变化即可实现六轴横向、级向、竖直方向和偏航方向上的运动。当六轴需要向前方运动时，6、4电机保持转速不变，5号电机转速下降，6、4号电机转速上升，此时6、4号电机产生的升力大于3、5号电机的升力，六轴就会沿几何心向前倾转，桨叶升力沿纵向的分力驱动六轴向前运动。当六铀要转向左转向时，5、4、2号电机转速上升，1、3、6号电机转速下降，使向左的反扭距大于向右的反扭矩，六轴在反扭距的作用下向左旋转。六个桨产生的推力，超过或者低于六轴本身重力的时候能够实现竖真方向上升与下降的运动，当桨的升力与六轴本身的重力相等的时候即实现悬停。其他方式的运动原理与以上过程类似，六轴飞行原理虽然简单，但实现起来还需很多工作要做。

4、结语

根据我国目前的国情，快递行业在社会上发展迅速，外卖无人机是创新运输产业的好途径。因此，在科学技术时代，无人机快递的创新有着巨大的市场。在市场上，外卖主要是人工外卖。 而无人输送机是上门送货，目前暂时考虑周围的人群，顾客可以快速享受订购的快餐。对于满足买到的货物需求，我们可以保证同一天交货，客户可以直接看到物品，不满意可以退货。除了提供普通运输外，无人机技术也开始加入器官和药物的运输，成为医药物流的一部分“潜力部队”除此之外，国家大力支持科技农业发展，无人机市场进一步发展。

参考文献：

[1]郑波，郭艳红，杨少鲜.我国无人机产业发展现状及趋势特点[J].军民两用技术与品，2014,(08):12-14.

[2]张磊，朱琳.无人机海上作战使用现状及发展趋势[J].飞航导弹，2014,(06):16-18.

[3]范静静.基于共同配送的快递配送中心作业布局研究[D].北京邮电大学,2017.

[4]范海玉，申静.公众参与农村食品安全监管的困境及对策[J].人民论坛，2013,(23):40-41.

作者介绍

赵成龙（1992—），男，汉族，山东滨州人，学士，高级技师，助理实验师，研究方向：机械加工制造

联系方式：17774770093 邮箱：1570899860@qq.com