無人機(jī)智能配送系統(tǒng)

趙詩喬 包全英 喬美娜 王恩澤 徐鶴東 趙佳彬

摘要：無人機(jī)是不斷成熟的傳感、通信、航天技術(shù)與人工智能技術(shù)融合滲透下的產(chǎn)物。近年來無人機(jī)行業(yè)在中國迅猛發(fā)展，其應(yīng)用場景不斷擴(kuò)展延伸。疫情期間，無人機(jī)實現(xiàn)了無接觸配送模式，發(fā)揮了不可替代的作用，提高效率的同時真正做到送貨上門。業(yè)內(nèi)人士紛紛表示“無接觸配送”必將成為未來一大發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);智能配送;無接觸配送

中圖分類號： TP18? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0152-03

隨著“中國制造2025”的提出，我國加快推進(jìn)以智能制造為核心的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。目前對無人機(jī)運(yùn)輸?shù)纳罨瘧?yīng)用還未普及，故無人機(jī)未來發(fā)展前景十分可觀。本課題所研究的《無人機(jī)智能配送系統(tǒng)》就是利用無人機(jī)開發(fā)中的合理規(guī)劃路線，同時增加了語音互動、人臉識別以及二維碼識別等功能。著手打造短物流平臺，開發(fā)末端物流，通過云端中樞的智能調(diào)度進(jìn)行最后一公里的運(yùn)輸，提高效率的同時也解決了很多配送無法做到真正意義上的送貨上門的痛點問題。以科技進(jìn)步為動力，為大型企業(yè)及國內(nèi)物流配送公司服務(wù)的同時發(fā)揮地形測繪的優(yōu)勢以及其他功能。

1 多用途無人機(jī)具有的特征

由于采用模塊化設(shè)計的優(yōu)勢且本產(chǎn)品具備投放裝置以及圖像實時監(jiān)測裝置，所以在滿足配送任務(wù)的同時，也可作為測繪無人機(jī)投入使用，實現(xiàn)一機(jī)多用，最大限度的發(fā)揮無人機(jī)的功能。在同時具備real sense 實感模塊和超聲波避障功能的條件下，可以為貨物的安全送達(dá)提供保障。與此同時該無人機(jī)也支持定點投放貨物，只需要商家在地面站內(nèi)輸入目標(biāo)地址，無人機(jī)即可執(zhí)行定點投放任務(wù)。針對快遞行業(yè)以及小型商戶來說，在考慮到配送時人群聚集、混雜等因素，可能會出現(xiàn)一些不道德的行為，因此我們采用了掃碼取貨的方式，當(dāng)用戶端收到取貨通知時，系統(tǒng)便會自動生成唯一的一個二維碼，取貨時用戶只需在無人機(jī)前置攝像頭展示出自己的二維碼并等待系統(tǒng)識別，無人機(jī)便可自動投放貨物，為用戶取貨提供了安全保障。并且可以搭載自動絞盤機(jī)和傳送帶，為家住高層的用戶提供更方便快捷的取貨方式。

本系統(tǒng)是集無人機(jī)無線遠(yuǎn)距離定位遙控，運(yùn)輸投放，航拍技術(shù)，測繪技術(shù)，強(qiáng)勁續(xù)航，語音提示，溫度保護(hù)，個性化設(shè)計等功能于一體的軟件和硬件的新型無線設(shè)計。

無線遠(yuǎn)距離定位遙控：將無人機(jī)原有的遙控系統(tǒng)的技術(shù)上，加入無線信號發(fā)收裝置，衛(wèi)星自導(dǎo)航系統(tǒng)以及衛(wèi)星接收器。通過地面及衛(wèi)星實現(xiàn)地空一體化定位，以此實現(xiàn)遠(yuǎn)距離定位遙控;

運(yùn)輸投放：運(yùn)輸無人機(jī)具有多種飛行模式，例如人工控制，定位懸浮和精準(zhǔn)的衛(wèi)星自控導(dǎo)航，配合當(dāng)下在建的5G網(wǎng)絡(luò)，將會更加精確的實施配送。為了更加保證運(yùn)輸投放的安全性，我們外加了有三種加速度計，氣壓高度計、磁力計、微型黑盒子、三軸陀螺計等多種高精度傳感器和較為先進(jìn)的算法控制。

超強(qiáng)續(xù)航：將無人機(jī)頂部更換為單晶硅太陽能電池，然后在外殼原有的鋰電池，兩者相互結(jié)合，實現(xiàn)超強(qiáng)續(xù)航;

磁場保護(hù)：利用磁屏蔽技術(shù)來維護(hù)內(nèi)部不受外界磁場干擾;

溫度保護(hù)：利用單片機(jī)原理，將連接在單片上的溫度傳感器與太陽能充電裝置相互配合，在程序中設(shè)置預(yù)設(shè)值，超過預(yù)設(shè)值時，自動切斷充電，來達(dá)到溫度保護(hù)的效果;

個性化設(shè)計：根據(jù)當(dāng)今審美趨勢，我們打算用簡約大氣的外觀模式，這種模式更利于更多人接受。

2 無人機(jī)市場現(xiàn)狀

目前我國在民用無人機(jī)的研究領(lǐng)域中共有130多家研制機(jī)構(gòu)，民用無人機(jī)的類別也變得越來越豐富。很大程度上是在中遠(yuǎn)程航程、高空、高速、大載荷等軍用無人機(jī)技術(shù)逐漸向民用過度的結(jié)果。當(dāng)前無人機(jī)的應(yīng)用范圍已涉及水情檢測，環(huán)境監(jiān)測，救災(zāi)和國土資源檢查等許多領(lǐng)域。在此次疫情防控工作中，無人機(jī)以其不可替代的優(yōu)勢，發(fā)揮了重要的作用。在高速公路的出口，無人機(jī)下的二維碼可供司機(jī)提前錄入個人信息;在醫(yī)院和疾控中心之間，無人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)標(biāo)本和疫情防控的急救物資以及藥品;巨大的產(chǎn)業(yè)需求，快速增長的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，競合的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，稀缺的高層次人才，尚不健全的相關(guān)法律和廣闊的未來前景。無人機(jī)廠家現(xiàn)主要分為兩類，其中一類是專業(yè)做飛行器控制后來做無人機(jī)整機(jī)，這類廠家有著十分深厚的技術(shù)底蘊(yùn)，對技術(shù)方向把握準(zhǔn)確，另一類是做系統(tǒng)集成，這類廠家有著十分廣闊的人脈關(guān)系。現(xiàn)如今無人機(jī)行業(yè)的領(lǐng)頭羊大疆則是把飛行器控制和系統(tǒng)集成都做的很好。2013年中國無人機(jī)市值已達(dá)88億元，2014年中國無人機(jī)行業(yè)規(guī)模突破百億元，截至2017年，中國無人機(jī)市值約為151億元，其中民用無人機(jī)行業(yè)規(guī)模為83億元。

無人機(jī)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的縮影體現(xiàn)在無人機(jī)的廣泛應(yīng)用上。無人機(jī)用途廣特點鮮明，系統(tǒng)類型多樣化，所以其在航程及航時、尺寸和質(zhì)量、飛行高度、速度以及任務(wù)等諸多方面上存在著不小的區(qū)別。而我們研究的是關(guān)于無人機(jī)精確定位和運(yùn)輸投放，在未來這個人工智能和大數(shù)據(jù)不斷發(fā)展的環(huán)境下，我們的無人機(jī)智能配送技術(shù)與之融合滲透，相信我們產(chǎn)品的應(yīng)用場景將不斷拓寬加深。還有就是今年年初的疫情，無人機(jī)“橫空出世，大顯身手”，更加地顯示出了這個行業(yè)未來的發(fā)展前景是十分廣闊的，以及更多人才和資本的關(guān)注和投入，也為未來的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3 無人機(jī)項目設(shè)計路線

3.1 系統(tǒng)設(shè)計

將無線充電技術(shù)作為核心，單片機(jī)技術(shù)為輔助的模塊化設(shè)計，采用模塊化編程的方法解決各個模塊較多且復(fù)雜的問題，小組成員對項目進(jìn)行分工，最后由項目組長進(jìn)行組合調(diào)試，這種方法有利于合理安排電路板上元器件的焊接和布線，準(zhǔn)確的設(shè)定傳感器放置的位置，確保硬件系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2 硬件設(shè)計

1）無線充電的確定

磁場共振充電：由能量接收裝置和能量發(fā)送裝置組成的這個系統(tǒng)，當(dāng)兩個裝置調(diào)整到一個相同的特定頻率上共振，它們就可以彼此交換能量。利用磁場上的共振充電，可實現(xiàn)稍遠(yuǎn)距離的無線充電，利用無人機(jī)的懸浮功能，進(jìn)入特定的充電磁場區(qū)域，進(jìn)行無線充電，進(jìn)而實現(xiàn)長時間的飛行。

2）溫度傳感器

溫度傳感器芯片采用LM135封裝，為了防止其使用的時候短路，燒毀芯片，并防潮防水。我們將引腳用熱塑管隔開;輸入電壓是5V，把探測的溫度區(qū)間設(shè)定在-55℃～+150℃;為了探測溫度并反饋溫度信息，安裝在硅晶片外殼底部;把溫度傳送給顯示面板進(jìn)行溫度顯示。

3.3 模塊設(shè)計

1） 太陽能充電電路設(shè)計

太陽能充電發(fā)收裝置主要是采用在正常光線下，由光能轉(zhuǎn)換為電能并且通過控制電路存放到蓄電池中，也可以直接把光能產(chǎn)生的電能對手機(jī)或其他電子數(shù)碼產(chǎn)品充電，這是太陽能充電器的基本原理，但必須依據(jù)太陽光的光度而定，當(dāng)沒有太陽光度的時候，可以通過交流電和直流電之間的轉(zhuǎn)化由控制電路存儲到內(nèi)置電池中，而智能充電無人機(jī)也是正好利用這一功能進(jìn)行太陽能充電，進(jìn)一步加長飛行時間。

2） 無人機(jī)智能遙控技術(shù)設(shè)計

本設(shè)計是通過將無人機(jī)原有的遙控系統(tǒng)的技術(shù)上，加入衛(wèi)星自導(dǎo)航系統(tǒng)，衛(wèi)星接收器，以及無線信號發(fā)收裝置。通過地面及衛(wèi)星實現(xiàn)地空一體化定位，以此實現(xiàn)遠(yuǎn)距離定位遙控;而有空地一體化組成的遙控神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到精準(zhǔn)定位。

3.4 Android客戶端和電腦上位機(jī)開發(fā)

Android客戶端App和電腦上位機(jī)開發(fā)使用的是目前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)編程語言之一的Java。

4 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)智能配送系統(tǒng)是一項涉及范圍較廣，程序設(shè)計較為煩瑣的一項系統(tǒng)性工程，而且具有很強(qiáng)的綜合性。現(xiàn)如今無人機(jī)研究領(lǐng)域在不斷地拓展加深，其市場發(fā)展也逐步走向規(guī)范化。傳統(tǒng)的運(yùn)輸行業(yè)已經(jīng)逐漸暴露出其各種弊端，所以它被無人機(jī)逐步替代。用處廣泛，操作便捷，成本較低，效費比高，無人員傷亡的風(fēng)險，生存能力強(qiáng)，機(jī)動性能好，使用方便等無人機(jī)的好處，使得它在民用領(lǐng)域有著更廣闊的前景。隨著通用航空和無人機(jī)相關(guān)政策的出臺，無人機(jī)領(lǐng)域展現(xiàn)出其無限的發(fā)展優(yōu)勢。無人機(jī)憑借其智能化、隱身化、集成化、民用化趨勢凸顯，我相信這個行業(yè)將會獲得更廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 秦萬.中國無人機(jī)應(yīng)用的現(xiàn)狀及展望[J].科技風(fēng)，2019（12）：227.

[2] 文琳.無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望分析[J].科學(xué)家，2017，5（13）：28，46.

[3] 丁阿維.我國軍用無人機(jī)發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀分析[J].硅谷，2015，8（3）：152，149.

[4] 何希.無人機(jī)背后的大應(yīng)用（微觀）[N].人民日報，2020（5）.

【通聯(lián)編輯：唐一東】