快递配送无人机-毕业论文

航空大学毕业设计报告Express delivery UAV Abstract：This is an era of rapid development of science and technology, due to the progress of science and technology, also led to the revolution of information technology, making all kinds of high and new technology emerge in endlessly. The plane is so arises at the historic moment. The birth of the aircraft was originally for transport, has spread into the war.Degree of the present stage, the development of science and technology, aviation aircraft also gradually towards informationization, collaboration and development of unmanned. Someone said, this is a belong to the age of information technology and aviation technology, in this era, the performance of the unmanned aerial vehicle (uav) further ascension, and was quickly into every field, especially in the military field, unmanned aerial vehicle (uav) is particularly important in the field of military. Its small body, so can spy on the enemy movements, not easy to be found; Its cheap, so can put into mass production; Exploration terrain, due to its flexible maneuverability, reach the some humans arrived less than; It does not require the pilot operation, so it can replace humans do something difficult, high-risk task.Unmanned aerial vehicle (uav) in the military field is beyond doubt, but drones into life, to serve human life examples are few and far between. May be everyone think, the high-tech applied to the normal life is overqualified. However, the birth of high-tech is not for human life service? The development of high-tech is not convenience to human life?So that the design is based on the viewpoint of unmanned aerial vehicle (uav) for human life service, absorption of unmanned aerial vehicle (uav) the body is small, low cost, high flexibility, combined with the actual life, create a Courier unmanned aerial vehicle (uav).Keyword：plane Unmanned aerial vehicle Courier unmanned aerial vehicle 快递配送无人机 摘要：这是一个科技高速发展的时代，由于科技的进步，也带动了信息技术的革命，使得各种高新技术层出不穷。飞机也就这样应运而生了。飞机的诞生原先是作用于交通工具上的，后来推广到战争里。现阶段，科技发展程度的加深，航空飞机也逐渐向着信息化、精确化和无人化发展。有人说过，这是一个属于信息技术和航空技术的时代，在这个时代中，无人机的性能得到进一步的提升，并被迅速投入到各个领域当中，尤其是军事领域，无人机在军事领域的作用尤为重要。它机体较小，所以能够侦察敌军动向，不易被发现；它的造价低廉，所以能够投入大批量生产；它的机动性灵活，所以能够勘探地形，到达一些人类到达不到的地方；它不需要飞行员操作，所以能够代替人类做一些高难度，高风险的任务。无人机对军事领域的作用是毋庸置疑的，但是无人机投入到生活当中，为人类的生活服务的事例确是少之又少。可能是大家都觉得，这种高科技运用到正常生活中是大材小用。可是，高科技的诞生不就是为了人类生活而服务吗？高科技的发展不就是为了方便人类的生活吗？所以，本次设计是立足于无人机为人类生活服务的观点，吸收无人机机体小，造价低，灵活性高等优点，结合实际生活，打造出一款快递配送无人机。关键词：飞机 无人机 快递配送无人机 目 录1.快递配送无人机创意设计背景分析51.1概述51.2发展简历51.3市场状况51.4发展趋势61.5存在问题72.设计方案分析72.1设计定位72.2设计思路82.3功能设计92.4造型设计102.5结构设计122.6色彩分析122.7材料选择142.8使用方式分析143.快递配送无人机创意设计小结17主要参考文献18致谢18附录草图方案19附录效果图20附录工程制图（三视图）21 附录模型照片221.快递配送无人机创意设计背景分析1.1概述 “快递配送无人机”的定义，所谓的“快递配送无人机”就是一种帮忙快递公司运送包裹的无人机。现在，亚马逊、顺丰快递已经投入对无人机的研究。其主要特点就是：它必须是拥有超强承载力，实用性大，能够带给人们新鲜感的新型无人机。它的机体必须经过精密的计算，机体要小。无人机的承载负重能力要很强，才能搬运更大的快递。同时无人机的外形设计要前卫新颖，材料要创新，性能更加完美。这也标示着无人机运用人类生做的一个发展方向。1.2发展简历 （1）2012年5月，中国顺丰快递提出了“快递配送无人机”的创意，并在研发成功。快递配送无人机内置了GPS导航系统，它能根据工作人员所设置的路线，将快递快速便捷送达目的地。（2）2013年9月，中国顺丰快递在广东省东莞市进行了“快递配送无人机”精密的测试。（3）2013年11月，顺丰快递的“快递配送无人机”的测试阶段已经圆满结束，正式进入运行阶段。（4）2013年12月，亚马逊已经将“快递配送无人机”投入正常使用阶段，快递配送无人机凸显了的派件速度快，派件时间短的优势。但是，快递配送无人机派送距离短，精确度不高也是一个严峻的问题。（5）2014年9月，美国Matternet对快递配送无人机进行了改进，提高了快递配送无人机的派件距离，电池使用时间，更重要的是提高了快递配送无人机的派件速递。使得了快递配送无人机派件效率更高效，更快捷。1.3市场状况“快递配送无人机”这一款无人机技术的创意是由中国的顺丰快递公司提出的。2012年，顺丰快递提出这一创意后，并投入设计和研发，在2013年研发成功，并正式投入使用。“快递配送无人机”的设计是从用户的角度出发，根据用户的需求进行改动和研发，由于派件人力的短缺，也促使了顺丰快递公司对这一项目的重视，投入了大部分的人力进行开发。根据这些问题，顺丰克服了种种难题最终完成了世界上第一架快递配送无人机。之后对快递配送无人机进行普及和推广，现在世界上多家物流公司已经使用大这门新的技术。2014年美国的Matternet公司顺丰公司研发的快无人机的基础上进一步改善，利用锂电池技术，改进了前快递配送无人机飞行距离短的问题，这样能够实现一架无人机派送更多的包裹。同样，有的顾客反馈，提出了快递配送无人机负载能力过低，承载不了重量较大的包裹，针对这一意见，Matternet公司为了增加快递配送无人机的负重能力，给快递配送无人机多增加了两个螺旋桨，快递配送无人机由原先的双螺桨，变成了四螺桨。这样大大地提高了派件重量。也有顾客说出了快递配送无人机派件速度较慢这个问题，为了解决这个问题，Matternet公司为快递配送无人机的发动机进行改进，增强了快递配送无人机的涡轮转速，进一步增进了快递配送无人机的飞行速度，使得快递配送无人机派件更加快捷，更加迅速。 1.4发展趋势随着快递的无人机的普及和广泛使用，人们追求的已经不仅仅是能够将货物送达目的地了。所以我来简单分析一下快递配送无人机未来几年的发展现状。高空、长航时:续航能力不足，一直以来都是快递配送无人机存在的一大问题。由于低空和续航能力不足，很难一次性派送多个包裹，送一次包裹要多次往返，很容易造成时间上的浪费。所以，发展高空、长航时的快递配送无人机是未来几年的快递配送无人机发展趋势。智能化:随着电子技术、信息技术和导航定位技术的迅猛发展，开发出智能的快递配送无人机已经成为一种可能了。智能的快递配送无人机已经不仅仅能够将货物快速送达目的地了，它还能在工作人员设计的多个目的地中计算出最短的路线，然后按照这个路线，将货物一次性送达目的地。它也还能自主送达，不需要人工操控，它内置有卫星导航系统，能够自动识别目标。这样的快递配送无人机将会减少工作人员的工作时间、也会使得顾客体验到快捷、方便地服务。微型化:微型的快递配送无人机，通常尺寸在15到20厘米之间，重量不超过1kg。但目前还是很难做到这一点，因为现在的快递包裹越来越大，越来越重，为了一次能够运完快递包裹，快递配送无人机需要有着比较大的运载空间，也需要比较强的运载动力，所以现阶段还无法对快递配送无人机微型化。但是有顾客反应，能不能不需要他们出去接收快递，就能够将东西送达门口。这也是快递配送无人机需要微型化的一个原因，只有微型化的无人机，才能通过一些比较小的空间，到达一些很难到达的地方。但是怎么克服微型快递配送无人机动力问题和微型化，这也将是未来几年需要克服的一大难点。1.5存在问题1. 国家政策问题的制约；2. 电池制造难度较高；3. 定位精度不够准确；4. 无法全天性飞行，受到气候的影响；5. 无法再地形比较复杂的环境中降落；6. 在信号较弱的偏远地区无法正常工作。2.设计方案分析2.1设计定位一款新型的快递配送无人机怎么设计，才能满足顾客和使用者的需求呢？怎么样设计出来的快递配送无人机更加实用？怎么样才能使得快递配送无人机能够更加方便、更加快捷将货物送达目的地呢？图2.1.1是本次设计的快递配送无人机。续航能力和高空飞行：机体设计是采用了圆柱体状，这样能够更大地减少飞行阻力，节省更多的飞行动力，这样能够飞得更远，将货物送达更远的地方。本次设计的快递配送无人机采用了四螺桨的形态，模仿支奴干直升机的高低螺旋桨，这样能够保持快递配送无人机的稳定性，也能保证快递配送无人机拥有更好的续航能力和高空飞行。微型集装箱：微型集装箱的创意是首次提出，微型集装箱能够容纳比平常箱子更多的货物，微型集装箱也可以进行多个的拼装和拆卸，这样才能够满足搬运较多的货物。负重能力：本次设计的快递配送无人机能够搬运其他快递配送无人机无法搬运的货物，因为该快递配送无人机的抓取包裹的爪子是可以自由拆卸的。如果集装箱重量过高，集装箱体积过大，我们可以拆卸快递配送无人机的另一半爪子，跟另一只快递配送无人机进行拼装，这样就能达到运载更大更重货物的目的了。图2.1.1 2.2设计思路在这里我们不得不提到的是顺丰快递和UPS快递设计的无人机。图2.2.1和图2.2.2分别是顺丰快递配送无人机和UPS快递配送无人机。观察这两款快递配送无人机，我们不难发现机身形态的不足，导致了飞行阻力过大，过度浪费电能。所以在这次快递配送无人机的设计当中，结合大自然生物的形态特征和这两款快递配送无人机的特性加以改造。（1）机身：模仿了蜻蜓的躯干。这样飞行时受到的空气阻力会比前面两款快递配送无人机小。提高快递配送无人机的飞行距离，节省损耗的电能。同时也使得快递配送无人机体型小巧，更加有观赏性和艺术性。（2）装载货物：模仿的是鹰捕食猎物时爪子的动作。据知情者透露，快递配送无人机在飞行过程中很容易造成货物的丢失。主要原因还是因为快递配送无人机的装载货物的爪子不够强力，在飞行过程中，由于抓取不稳，货物就容易掉落。所以，本次设计模仿了鹰的爪子，能够紧紧抓住货物，这样就不容易造成货物丢失的不好反应。（3）微型集装箱：模仿的是蚂蚁搬运的蚜虫，总所周知，蚜虫相对蚂蚁体积庞大，但由于蚜虫容易搬运，所以结合蚜虫容易搬运的特性，首次提出微型集装箱的概念。微型集装箱可以自主拼接，以用来容纳更多的货物。2.3功能设计 本次设计的快递配送无人机的机体是模仿蜻蜓的躯干。蜻蜓是自然界效率最高的杀手，没有之一，主要靠的是蜻蜓独特的身体构造。根据图2.3.1可以看出蜻蜓的躯干是圆柱体的，这样很适合蜻蜓在不是过程中的高速飞行，又是因为蜻蜓的圆柱体躯干，减少了来自空气中的阻力，使得蜻蜓受到的阻力较小，在相同的动力情况下，蜻蜓的飞行距离明显高于其他生物。这样为蜻蜓在捕食提供了有力的条件。然后我们来看看图2.3.2，这是本次设计的快递配送无人机，同样，该无人机的躯干也是圆柱体。模仿了蜻蜓的的躯干，这样有利于快递配送无人机在搬运货物时受到的阻力，可以提高快递配送无人机的飞行速度，也提高了快递配送无人机的效率。由于使用了仿生学，也使得快递配送无人机有了更高的艺术感和美感。图2.3.1 蜻蜓的形体图2.3.2 设计的快递配送无人机形体2.4造型设计 根据图2.4.1可以看到。机身的机体主要模仿蜻蜓的躯干，修长的躯体结构，非常适合飞行。四对旋翼也是模仿蜻蜓的翅膀，这样能够保持较高的飞行稳定性，提供更多的飞行动力。机头采用170度大广角鱼眼镜头，替代蜻蜓复杂的双复眼结构。机翼挂架模仿的是鹰抓的结构，再结合夹子的布局。分为前后两个模块，安装在机身上。 图 2.4.1根据图2.4.2，快递配送无人机整体造型模仿的是鹰展翅的姿态，采用双轴四旋翼结构，左右对称布局，几何型机身。图 2.4.22.5结构设计本次设计的快递配送无人机由机身、鹰抓货架和微型集装箱三个部分构成。（1）机身：机身由10个零部件组成，分别是螺旋桨、摄像头、语音交流系统、碳纤维无人机机架、超声波测距仪、无刷电机、灯光警告系统、电源、尾部连接装置和飞行控制系统。螺旋桨为飞行提供了原动力；摄像头是用来区分位置和判断降落区是否有障碍物；语音交流系统可以用简单的言语跟用户交流；超声波测距仪是用来判断目的地的距离；灯光警告系统是提醒降落区域内的生物；飞行控制系统是用来控制飞信速度和保持飞行平衡，（2）鹰抓货架：利用仿生学，模仿老鹰捕抓猎物的形态设计的，能够强有力抓住货物，使货物在飞行过程中不会丢失，掉落。（3）微型集装箱：微型集装箱由两部分组成，分别是：微型集装箱内胆和微型集装箱缓冲隔板。微型集装箱是用来装卸货物的；而微型集装箱缓冲隔板是用来缓冲快递配送无人机的降落。图2.4.1 快递配送无人机的零部件2.6色彩分析 无人机采用科幻电影机械公敌中智能机器人经典的蓝灰色与银灰色相结合的配色方案。无人机主体结构采用银灰色，银灰色是一种低调而神秘的颜色，使无人机充满了未来感与科技感的同时不显得张扬,同时银灰色的金属质感凸显出机身的坚固耐用。鲜亮的颜色如同画龙点睛一般为无人机带来了生命的气息。(如图2.6.1)机翼与微型集装箱采用蓝灰色，蓝灰色同样是一种具有未来感、科技感的颜色,蓝灰色的微型集装箱和机翼给人的感觉又多了一分大气与稳重。机头摄像头部分用橙色点缀，蓝色与橙色互补鲜亮的颜色如同画龙点睛一般为无人机带来了生命的气息。(如图2.6.1)图2.6.1机头摄像头部分用橙色点缀，蓝色与橙色互补，鲜亮的颜色如同画龙点睛一般为无人机带来了生命的气息。（如图2.6.2） 图2.6.2图 2.6.32.7材料选择总所周知，钛合金是一种新生代有色金属，被发掘应用到科技当中的时间并不长，但是钛合金的技术却是日益成熟。钛合金是一种特殊且有着重要意义的金属材料，因为它的化学结构稳定，所以导致了它能够抗腐蚀，抗高温、高强度等特性。在20世纪里，大部分航空技术都是使用到了钛合金，随着刻度而技术的发展和航空技术的异军突起，钛合金已经广泛应用到众多领域。对用快递配送无人机材料分析，一般无人机对材料要求很严格，材料需要具有高强度，轻质量，已加工，耐磨损，无污染，可回收等特性。所以，在挑选快递配送无人机的材料时要很严格。整架无人机的机体是利用钛合金制作的，但是幸运在集装箱可以用铝合金来制作，这样使得集装箱可以得到推广，因为铝合金普遍性较高，且质量轻，生产效率高。所以我选择了钛合金来制作机身，使用铝合金来制作运载集装箱。2.8使用方式分析 根据图2.8.1，可知，快递配送无人机通过gps来实时点位收件人位置。还可以通过扫描二维码来签收快递。图 2.8.1 根据图2.8.2和图2.8.3，可知，快递配送无人机可以通过扫描和超声定位系统，感知和选择预定降落地点。若有人站在无人机降落地点，则无人机会通过语音系统对收件人进行提示。图 2.8.2图 2.8.3根据图2.8.4，可知，无人机会通过语音和灯光引导收件人站在安全位置，完成二维码签收。图 2.8.43.快递配送无人机创意设计小结在设计之初，确定了自己设计的定位的同时，通过网上查资料、阅读各种关于快递配送无人机设计的书籍等方式，对概念快递配送