无人机物流快递配送系统设计

陈俊羽

（河南省实验文博学校，河南郑州，450000）

0 引言

现阶段无人机行业快速发展,各个无人机机构之间的竞争也日益激烈,无人机技术具有广阔的市场、良好的发展前景,也能满足国人对快递物流业的高需求,同时也弥补了传统物流方式的主要缺点,比如受地形空间的限制；而在网购需求量大[1]的今天,用传统的物流方式更是耗时耗力,用无人机派件减少人力的消耗, 成本小，不受地形的限制,运送时间短；能更机动灵活、快速高效的运送快件, 而在边远的山区以及乡村地区,无人机也能够快速送达,更能推动物流企业的发展，所以无人机快递物流无疑备受瞩目[2]。

无人机是为了缩短快递物流的时间和面对山地或者边远地区等传统运送方式无法运达的地方从而引入的一种新型快递物流方式.无人机分为无人直升机、无人飞艇、固定翼无人机、多旋翼无人机和无人伞翼机。无人机不需要人工操纵,收到指令后就可以直接运送货物,降低了运送成本,不受交通因素的制约;但是无人机配送也有缺点,无人机的续航里程较短,一般运送一次就需要充一次电,而对于较远的路程,无人机配送显然不合适,而且关于无人机配送的安全性也需要考虑,同时,无人机投资成本也不小.由此可见,要想将无人机配送技术成熟的运用到快递配送中还需要一段时间[3]。

对此,本论文进行了无人机物流系统总体方案的设计，具体包括各种配送方式的介绍与分析、无人机配送可行性分析、无人机快递原理介绍、无人机送货流程设计等方面，最后对无人机配送子系统部分进行了任务需求分析。

1 无人机配送背景介绍

1.1 各种配送方式的介绍与分析

随着电商的快速发展，物流行业也得到了迅猛的发展。现阶段物流的配送方式有：面包车，电动车，摩托车，电动三轮车，中型货车，大型集装箱货车，飞机以及无人机等。面包车优点为成本低，载获量大；其缺点为有人擅自使用改装面包车运送快件件，而这些车缺乏明确的指示信息、统一的标示。电动车优点为成本低，耐用，方便; 缺点为缺乏统一的标示信息。摩托车优点为便宜，速度快，马力大; 缺点为耗油多，笨重，修理麻烦，运量小。电动三轮车优点为载重量大，配送效率高，都具有明显统一的标示; 缺点为监管政策的限制。中型货车优点为运载量大，机动灵活快速，企业形象识别率较高; 缺点为笨重，受距离限制。大型集装箱货车优点为运载量大，机动灵活，快速高效; 缺点为受运载距离限制。飞机优点为快速，运载量大，机动灵活，高效;缺点为成本高，受环境因素限制。无人机优点为灵活，高效，速度快; 缺点为成本高，没有应变性.

1.2 无人机配送可行性分析

现阶段我国快递业正处于迅速发展的时期，面对时间短效率高等用户提出的要求，当然需要科学技术的支撑与创新，而无人机的引进满足了广大用户的需求，无人机配送不受地形影响，也不受交通因素的限制，在极大程度上缩短了快递运送的时间。而且无人机运送的成本也要远低于现物流所需的成本。而技术方面，无人机技术也已取得成就并逐渐完善，成熟；确保无人机能够精准的运送。由此可见采用无人机进行配送具有很高的可行性。

1.3 无人机快递原理

无人机快递系统的主要组成部分有：快递无人机，自助快递柜，快递盒，快递集散分点，快递集散基地，区域调度中心。无人机用于将快递配送到指定地点；自助快递柜用于收取和发放快递；快递盒为通过标准设计的快递存储装置，便于无人机进行运送；快递集散分点用于不同区域间快递的集中与发放，也可对无人机进行维修与充电；快递集散基地对异地快递进行分类并将其运往快递集散分点；区域调度中心用于派出无人机以及快件的接受与投放。

图1 区域内快递收发流程图

图2 区域间快递收发流程图

2 无人机送货流程

无人机快递收发流程为：由无人机快递系统自动划分为的若干区域内部独立运作以及区域之间协同运作来实现快递的运送。下面就这两种运送方式分别进行介绍。

区域内快递收发流程如图1所示。自助快递柜收到要派放的快件后会向所在区域的调度中心发送收件信息，然后由此区的调度中心派出无人机到快递柜取出并运送快件，在接收到运送目的地的终端自助快递柜的着陆许可后进行着陆，然后由自助快递柜接收快件，最终客户在终端自助快递柜领取快递。

区域间快递收发如图2所示。自助快递柜收到运往其他区域的快件后会向该区的调度中心发送消息，该区的调度中心会派无人机取出快件并运往该区的集散分点，分类装箱后运往机场，再由飞机运送到目的区域的集散基地经分类后运往目的区域的集散分点，向目的区域的调度中心发送收件信息后调度中心派出无人机取货后运往目的自助快递柜。

无人机快递工作原理如下：无人机采用四旋翼飞行器装置，配有自动导航系统和无线信号发收装置。快件由自助快递柜被用户收发，装卸快件时无人机与自助快递柜对接并由自助快递柜发出着陆许可，无人机由调度中心派往不同的自助快递柜。

无人机快递通信原理如图3所示。无人机同调度中心以及自助快递柜等进行数据传输用4G网络和无线电通信遥感技术，其所在的地理坐标和状态信息会发送到调度中心，并接收由调度中心发来的指令，接收到目的坐标后用GPS导航模式飞行，接近目的地时向目的快递柜发出着陆请求，收到许可后，无人机经快递柜指引在快递柜顶端停机台着陆、装卸快递，也可快速充电。如无人机失联或发生故障，无人机会自行飞往就近的快递集散分点。

无人机快递集散中心流程如图4所示。首先物件在信息扫描区卸下,分拣,再由区域调度中心发配到自动仓库，自动仓库收到区域调度中心的信息进行快件装载，信息扫描之后由无人机装载快件起飞运送；无人机运送结束返回降落时先经过信息扫描区后停放，停放期间进行充电维修工作。

3 无人机配送子系统任务分析

以上即为采用无人机进行快递物流配送的

系统组成以及工作原理的介绍。在具体使用无人机进行快递物流配送的过程中，需要对现有无人机本体进行改造，使其适应快递送货的需求[4]；同时还需要对无人机送货路径以及中心站点的位置进行分析，通过计算优选出成本最低的路径和中心站点位置[5]；最后还需要设计不同的终端货物收取装置[6]。

图3 无人机快递通信原理示意图

针对无人机本体的设计，由于快递盒有大小的区分，因此需要无人机本体的尺寸跟随快递盒大小的变化而进行调整；除此之外，无人机本体上抓取快递盒的机构也需要具有放大缩小的功能，以保证不同大小的快递盒均能装载。

图4 集散中心工作流程图

无人机进行快递配送时，运输成本和运输距离具有直接关系，而运输距离又和配送的路径有关；除此之外，中心站点的位置同样对整体的运输距离有影响，因此需要对配送路径和中心站点位置进行设计。

无人机将快递送达指定位置时，一种为针对别墅的单个快递柜，另一种为针对公寓的多个快递柜；针对这两种不同的终端收取装置需要分别进行相应的设计，以保证快递能够安全准确的送达客户。

4 总结

无人机快递物流系统虽然具有良好的发展前景,但是其中也有许多的挑战阻碍需要克服,面对区域间和区域内两种不同的情况,本论文首先介绍了不同配送方式的优缺点，对无人机配送的优点和可行性进行了分析，并介绍了无人机配送的原理；接下来分别提出了两种物流配送方式,并用4G网络和无线电遥感技术实现无人机、调度中心、自助快递柜之间的数据传输,以确保配送的精准；最后还对无人机配送子系统进行了任务分析，分别包括无人机本体设计、配送路径优化、终端收取装置等。

本论文设计的无人机快递物流系统能更机动灵活，快速高效的运送快件；具有良好的发展前景，也能够推动物流企业的发展。