CN116424203A - 一种分布式级联运输柜系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于机器人技术领域，具体提供了一种分布式级联运输柜系统及方法，包括运输柜，运输车，工作子机，指控子系统和数据库，运输柜用于实现存储；运输车能够承载运输柜，工作子机能够储存于运输柜中，工作子机能够从运输柜中脱离后在设定范围内移动，并机能够执行设定工作任务；指控子系统用于控制运输柜、运输车和工作子机；数据库用于记录指控子系统的工作信息；运输柜、运输车、工作子机、指控子系统和数据库之间能够相互通信并组成分布式通信网络。

Description

一种分布式级联运输柜系统及方法

技术领域

本申请属于机器人技术领域，具体提供了一种分布式级联运输柜系统及方法。

背景技术

相关技术方案中，基于运输柜的陆地运输载具包括载具本体以及运输柜本体，载具本体包括普通运输车辆、装甲运输车、野战运输车等。但在一些特殊领域，运输柜内储存有地面机器人和无人飞行器等装备，利用载具本体将运输柜运输到特定区域备用。

发明人认为，上述技术方案中，运输柜一般为直接通过运输车车体承载的集装箱，可装载的作有限，且运输柜与各个工作子机之间为各自独立状态，不能实现实时通讯，各工作子机的协同、存储、自动释放回收、充电、信息回传、指挥控制功能仍然亟需解决。

同时，运输柜与工作子机之间无通讯连接，不能实现工作子机的自动释放及回收；运输柜不具备为机器人充电等功能，在户外长时间使用后无法及时续能。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式级联运输柜系统及方法，能够至少解决上述技术问题之一。

为了解决现有技术中的上述问题，第一方面，本申请提供一种分布式级联运输柜系统，包括运输柜，运输车，工作子机，指控子系统和数据库，运输柜用于实现存储；运输车能够承载运输柜，工作子机能够储存于运输柜中，工作子机能够从运输柜中脱离后在设定范围内移动，并机能够执行设定工作任务；指控子系统用于控制运输柜、运输车和工作子机；数据库用于记录指控子系统的工作信息；运输柜、运输车、工作子机、指控子系统和数据库之间能够相互通信并组成分布式通信网络

进一步的，同一运输车处的运输柜的数量为多个，相邻运输柜之间通过级联连接器连接，级联连接器能够实现相邻运输柜的结构连接以及通信。

进一步的，级联连接器具有分别安装在相邻两个运输柜处的两个连接本体，两个连接本体能够可拆卸固定；连接本体中具有通信接口，以实现两个连接本体相互固定后的通信。

进一步的，运输柜的侧面安装有多个支撑腿，支撑腿的下端能够相对于运输柜升降，以使得运输柜能够在通过自身底壁支撑以及通过运输车支撑之间进行状态转换。

进一步的，还包括通信子系统，通信子系统包括地面站以及天线，地面站安装于运输柜中，天线安装于工作子机中；运输柜处安装有指控子系统，运输柜能够通过指控子系统控制工作子机的动作。

进一步的，工作子机包括飞行器和/或地面机器人。

进一步的，工作子机为地面机器人，运输柜包括仓体和夹紧件，仓体设置有进口和出口；夹紧件包括第一夹紧件和第二夹紧件，第一夹紧件具有与工作子机处的插装定位件沿水平方向插接配合的插接部，插接部设置成可伸缩，以使得插接部能够与插装定位件连接或者分离，且插接部与插装定位件插装配合时，第一夹紧件与第二夹紧件夹持固定插装定位件。

进一步的，工作子机为飞行器，运输柜包括箱体和传输机构，箱体至少包括一对机架，两机架相对设置且两机架之间形成容置空间；传输机构设有两个且分别安装在两机架，传输机构包括循环转动的环状的载体、设置于载体的夹持件、至少两个支撑结构、带动载体转动的驱动件，夹持件包括沿竖向间隔设置于载体的两个夹持部，夹持部能够夹持固定无人机，支撑结构沿竖向间隔设置并支撑载体，以使得载体在转动时位于容置空间的夹持件能够竖向移动。

本申请的第二方面提供一种分布式级联运输柜调度方法，用于实现上述的分布式级联运输柜系统的调度，包括以下步骤：

运输车带动运输柜到达工作区域；

运输柜从运输车处卸载，运输柜留置于工作区域；

工作子机从运输柜中释放，工作子机在距离运输柜设定范围内执行设定工作任务；

工作子机返回至运输柜/或运输柜运动至工作子机的位置回收工作子机；

运输车返回至工作区域并装载运输柜，运输柜由运输车转运。

指控子系统通过通讯网络控制运输柜从运输车处卸载或装载，运输柜中的指控子系统在运输车驶离工作区域后控制工作子机的释放以及回收，并且控制工作子机执行设定工作任务。

以上一个或多个技术方案的有益效果：

(1)本方案中运输柜、运输车、工作子机、指控子系统和数据库之间能够分别进行通信，即运输柜系统中的各设备组成分布式通信网络，各设备之间能够直接通信，也可以通过其他设备间接通信。在形成分布式通信网络的情况下，首先能够提高各设备间的通信效率和通信质量，避免两设备间直接通信失败影响指令的传输。其次，便于实现各工作子机的协同工作、为工作子机的自动释放回收、充电、信息回传、指挥控制等功能提供通信基础。

(2)本方案中，同一运输车处运输柜的数量为多个，便于在不同位置分别布设运输柜，利用运输柜替代运输车作为工作子机在设定区域实现控制以及提供充电功能；相对于运输车配备单个运输柜的形式来说，能够运输车的停放位置不受限制，便于提高运输车的利用效率。本方案中，级联连接器能够同时实现相邻运输柜之间的结构连接以及通信，使得级联连接器同时具有机械连接和通信的功能，减少了相邻运输柜之间连接结构的数量，便于实现运输柜系统的简化设计。

(3)本方案中的运输柜侧面安装多个支撑腿，利用支撑腿的升降便于实现运输柜底壁的竖向高度调节，进而便于实现运输柜相对于运输车处车辆底架的拆装。这种方式使得运输柜的拆装不再依赖于外部的叉车或者吊车，有效提高了运输柜的拆装效率。

附图说明

下面参照附图来描述本申请的部分实施例，附图中：

图1是本发明实施例中各部件相互通信的示意图；

图2是本发明实施例中单个运输柜通过运输车输送的示意图；

图3是本发明实施例中多个运输柜通过运输车输送的示意图；

图4是本发明实施例中运输柜升降的示意图；

图5是本发明实施例中运输柜中设置地面机器人的示意图；

图6是本发明实施例中地面机器人在运输柜处定位的示意图；

图7是本发明实施例中运输柜中设置飞行器的示意图；

图8是本发明实施例中机架及传输机构的侧视图。

图中：1、通信子系统；2、运输柜；3、级联连接器；4、运输车；5、工作子机；6、数据库；7、指控子系统；8、地面机器人；801、插装定位件；

201、运输柜本体；202、转动架；203、支撑腿；204、第一夹紧件；205、第二夹紧件；2041、插接部；2042、直线电机；2043、支撑座；

206、机架；207、支撑结构；208、夹持部；209、无线充电线圈；210、链条。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解的是，下文所描述的实施例仅仅是本申请的优选实施例，并不表示本申请仅能通过该优选实施例实现，该优选实施例仅仅是用于解释本申请的技术原理，并非用于限制本申请的保护范围。基于本申请提供的优选实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所获得的其它所有实施例，仍应落入到本申请的保护范围之内。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“顶部”“底部”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

工作子机：本实施例中，指的是能够独立完成相应工作(例如录音、高空拍摄、投递物资)，但是需要经过车辆等其他设备进行长距离转运的装置。例如无人机和地面机器人等。

实施例1

如图1-图8所示，本申请提供一种分布式级联运输柜系统，包括运输柜，运输车4，工作子机5，指控子系统7和数据库6，运输柜用于实现存储；运输车4能够承载运输柜，工作子机5能够储存于运输柜中，工作子机5能够从运输柜中脱离后在设定范围内移动，并机能够执行设定工作任务；指控子系统7用于控制运输柜、运输车4和工作子机5；数据库6用于记录指控子系统7的工作信息；运输柜、运输车4、工作子机5、指控子系统7和数据库6之间能够相互通信并组成分布式通信网络

本实施例中，同一运输车4处的运输柜的数量为多个，相邻运输柜之间通过级联连接器3连接，级联连接器3能够实现相邻运输柜的结构连接以及通信。

本实施例中，级联连接器3具有分别安装在相邻两个运输柜处的两个连接本体，两个连接本体能够可拆卸固定；连接本体中具有通信接口，以实现两个连接本体相互固定后的通信。

上述提供的级联连接器中，连接本体可以为座体结构，其形状不受限制，连接本体通过焊接或者螺栓连接固定在运输柜的侧面处，为了实现连接本体之间的可拆卸固定，可以将成对使用的两个连接孔分别设置在两个连接本体，当相邻两个运输柜对准后，成对使用的连接孔相互对准，进而插入螺栓连接件并利用螺母锁紧。

另外一些结构形式中，可以在级联连接器的两个连接本体处设置连接卡扣的两部分结构，此处的卡扣接口可以可以参考现有结构，此处不再赘述。

上述提及级联连接器具有通信接口，此处的通信接口可以为通信插口和通信插头，将通信插头插入通信接口中，即完成二者的连接。

具体地，可以将通信接口设置于连接本体的外部，二者固定以同步运动即可；另外一些结构形式中，也可以将通信接口集成于连接本体内部，由本领域技术人员自行设置即可。

本实施例中，运输柜的侧面安装有多个支撑腿203，支撑腿203的下端能够相对于运输柜升降，以使得运输柜能够在通过自身底壁支撑以及通过运输车4支撑之间进行状态转换。

具体的，运输柜包括运输柜本体201、转动架202和支撑腿203；在运输柜的四角处分别转动安装有转动架202，转动架202的转动轴线竖向设置，转动架202背离自身转动轴线的一侧固定有竖向的支撑腿203，支撑腿203能够随转动架202转动并贴合在运输柜沿长度方向的侧壁处，支撑腿203能够伸缩并带动转动架202升降，以使得支撑腿203与运输车交替的实现运输柜的支撑。

本实施例中提及转动架202的转动轴线竖向设置，此处应解释为：在运输柜通过水平面支撑时，转动架202的转动轴线竖直；当运输车行驶到一些斜坡位置时，允许转动架202的转动轴线相对于竖直方向之间具有一定的夹角，转动架202的转动轴线垂直于运输柜的底面即可。

本申请中经由运输车运输的运输柜2，为长方体结构，用于匹配运输车长度方向大于宽度方向的特性。因此运输柜2中除了顶壁和底壁外，还具有两个长度方向侧壁以及两个宽度方向侧壁(运输柜2装配在运输车上进行运输时，即形成前壁和后壁)。长度方向侧壁与宽度方向侧壁相交处形成运输柜2的边角线，运输柜2的四角即指的的四条边角线所在的位置。

本实施例中，充分利用了运输时运输柜两个长度方向的侧壁不会被运输车阻挡的特点，进而在转动架202转动时，支撑腿203距离运输柜最远距离能接近于运输柜长度的二分之一，进而使得运输柜能够适应更宽的运输车，降低对于运输车的尺寸要求。

因为储存物品的数量不同，会存在不同尺寸型号的运输柜，部分运输柜的宽度数值较小，需要较长的转动架202来弥补运输柜的宽度不足情况；另外一部分运输柜的宽度数值较大，需要相对较短的转动架202就能够满足运输柜的宽度数值不足问题。

在非铺装路面上进行货柜装卸可能会遇到支撑腿203落点的选择问题，例如当运输柜内储存有地面机器人等装备，而运输柜需要布置在野外丛林、丘陵或荒漠等位置时，其地形地貌复杂，适合运输柜隐蔽以及适合运输柜卸货支撑有可能存在矛盾，此时支撑腿203应尽可能避开周边的凹坑、废木、水洼等障碍物，而支撑腿203仅能够沿运输柜横向伸出，在运输车位置确定的情况下，支撑腿203在地面的落点调节范围为一条线段。不便于扩大支撑腿203的落点范围，尤其是当运输车比运输柜宽时，支撑腿203的落点范围调节会进一步缩小。

如果采用支撑腿203横向伸出的情况下，支撑腿203距离运输柜最远距离D同样为支撑腿203的落点范围的轨迹长度。转动架202相对于运输柜的旋转角度至少为180度，在支撑腿203距离支架转动轴线距离为d(转动架202沿水平方向的长度)的情况下，支撑腿203的落点范围的轨迹长度最小为

便于增加支撑腿203的落点选择范围。

本实施例中，支撑腿203包括电动推杆，电动推杆的外壳与转动架202固定，电动推杆的伸出杆朝下伸出，并且伸出杆朝下伸出的一端通过关节轴承连接撑板，以增大支撑腿203与地面的接触面积。

本实施例中，还包括通信子系统，通信子系统包括地面站以及天线，地面站安装于运输柜中，天线安装于工作子机5中；

需要出的是，此处通信子系统用于实现各设备间的通信，则通信子系统中的各部件分散搭载于其他各设备处。

作为其中一种具体的结构形式，通信子系统的地面站安装于运输车以及运输柜处，天线安装于工作子机处。

运输柜处安装有指控子系统7，运输柜能够通过指控子系统7控制工作子机5的动作。

本实施例中，工作子机5包括飞行器和/或地面机器人8。

作为一种具体的结构形式，工作子机5为地面机器人8，运输柜包括仓体和夹紧件，仓体设置有进口和出口；夹紧件包括第一夹紧件204和第二夹紧件205，第一夹紧件204具有与工作子机5处的插装定位件沿水平方向插接配合的插接部2041，插接部2041设置成可伸缩，以使得插接部2041能够与插装定位件连接或者分离，且插接部2041与插装定位件插装配合时，第一夹紧件204与第二夹紧件205夹持固定插装定位件。

如图5和图6所示，此处的仓体整体为方形结构，其中两个相对设置的侧面处分别开口以形成进口和出口，在开口处设置能够转动翻转的门板，通过门板的运动实现进口和出口的开闭。

为了实现插接部沿水平方向的运动，本实施例中，第一夹紧件包括支撑座，插接部通过滑槽和滑块机构滑动安装于支撑座的上端面，为了驱动插接部的滑动，在支撑处设置直线电机，直线电机的输出端与插接部固定。

作为另外一种结构形式，工作子机5为飞行器，运输柜包括箱体和传输机构，箱体至少包括一对机架206，两机架206相对设置且两机架206之间形成容置空间；传输机构设有两个且分别安装在两机架206，传输机构包括循环转动的环状的载体、设置于载体的夹持件、至少两个支撑结构207、带动载体转动的驱动件，夹持件包括沿竖向间隔设置于载体的两个夹持部208，夹持部208能够夹持固定无人机，沿竖向间隔设置并支撑载体，以使得载体在转动时位于容置空间的夹持件能够竖向移动。

如图7-图8所示，此处的机架206为两个方形结构的架体。此处的载体为链条210。相适配的支撑结构207包括链轮(图中未示出)，每个环状的链条通过上下布置的两个链轮支撑。此处的夹持件为固定在链条外部的夹持板。在其中一个链轮处设置驱动电机，驱动电机的基体与机架206固定，输出轴与链轮同轴固定；为了实现飞行器的充电，在机架处设置有无线充电模块。

实施例2

本申请的第二方面提供一种分布式级联运输柜调度方法，用于实现上述的分布式级联运输柜系统的调度，包括以下步骤：

运输车4带动运输柜到达工作区域；

运输柜从运输车4处卸载，运输柜留置于工作区域；

工作子机5从运输柜中释放，工作子机5在距离运输柜设定范围内执行设定工作任务；

工作子机5返回至运输柜/或运输柜运动至工作子机5的位置回收工作子机5；

运输车4返回至工作区域并装载运输柜，运输柜由运输车4转运。

指控子系统7通过通讯网络控制运输柜从运输车4处卸载或装载，运输柜中的指控子系统7在运输车4驶离工作区域后控制工作子机5的释放以及回收，并且控制工作子机5执行设定工作任务。

具体地，当运输车运载运输柜2到达指定地点时，天线打开，运输柜2支撑腿升起，当升到一定程度时，运输柜2与运输车分离，此时运输车自动驶离现场。运输柜2可自行启动或在后台指控子系统的操作下启动，天线展开、运输柜的各舱门机构打开，所有工作子机5(机器人和/或飞行器)进行唤醒，进行释放。

运输柜2本身具备人机混合导航与控制能力、自组网通讯及信息获取功能、母子(运输柜2与子机5)基于云端的边缘计算进行信息采集和模型构建能力等，可以独立完成设定任务，也可以通过后台指控子系统7对货柜进行控制，完成相应的功能。

在运输车驶离现场后，运输柜2作为现场指控中心，可以与各个工作子机5之间进行通讯、控制，实时获取各工作子机5反馈的信息并进行相关计算分析并作出相应的决策，反馈给工作子机5执行相关操作。

当各工作子机5电量不足以支撑其完成剩余任务时，运输柜2可以作为各个工作子机5的能源补给系统，各工作子机5返回运输柜2，根据指控命令进入相应的充电位，完成电量补给。待电量充满后，重新释放执行任务。

当各工作子机5完成任务后，在运输柜2的统一调度指挥下，依次秩序返回母体运输柜2，当所有工作子机5收纳完成后，所有运输柜的舱门关闭、支撑腿升起，运输柜2向运输车或后台指控系统发出指令，确认其处于可装载状态，运输车(无人/有人)开至运输柜2所在地点，装载运输柜2(装载过程与卸车过程相反)，驶离现场。

至此，已经结合前文的优选实施例描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围并不仅限于上述优选实施例。在不偏离本申请技术原理的前提下，本领域技术人员可以对上述优选实施例中的技术方案进行拆分和组合，也可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，凡在本申请的技术构思和/或技术原理之内所做的任何更改、等同替换、改进等都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式级联运输柜系统，其特征在于，包括：

运输柜，其用于实现存储；

运输车，其能够承载所述运输柜；

工作子机，其能够储存于所述运输柜中，所述工作子机能够从所述运输柜中脱离后在设定范围内移动，并机能够执行设定工作任务；

指控子系统，其用于控制所述运输柜、运输车和工作子机；

数据库，其用于记录所述指控子系统的工作信息；

所述运输柜、运输车、工作子机、指控子系统和数据库之间能够相互通信并组成分布式通信网络。

2.根据权利要求1所述的分布式级联运输柜系统，其特征在于，同一所述运输车处的所述运输柜的数量为多个，相邻所述运输柜之间通过级联连接器连接，所述级联连接器能够实现相邻所述运输柜的连接以及通信。

3.根据权利要求2所述的分布式级联运输柜系统，其特征在于，所述级联连接器具有分别安装在相邻两个运输柜处的两个连接本体，所述两个连接本体能够可拆卸固定；所述连接本体中具有通信接口，以实现两个连接本体相互固定后的通信。

4.根据权利要求1所述的分布式级联运输柜系统，其特征在于，所述运输柜的侧面安装有多个支撑腿，所述支撑腿的下端能够相对于所述运输柜升降，以使得所述运输柜能够在通过自身底壁支撑以及通过运输车支撑之间进行状态转换。

5.根据权利要求1所述的分布式级联运输柜系统，其特征在于，还包括通信子系统，所述通信子系统包括地面站以及天线，所述地面站安装于所述运输柜中，所述天线安装于所述工作子机中；所述运输柜处安装有所述指控子系统，所述运输柜能够通过所述指控子系统控制所述工作子机的动作。

6.根据权利要求1所述的分布式级联运输柜系统，其特征在于，所述工作子机包括飞行器和/或地面机器人。

7.根据权利要求1所述的分布式级联运输柜系统，其特征在于，所述工作子机为地面机器人，所述运输柜包括仓体和夹紧件，所述仓体设置有进口和出口；夹紧件包括第一夹紧件和第二夹紧件，所述第一夹紧件具有与所述工作子机处的插装定位件沿水平方向插接配合的插接部，所述插接部设置成可伸缩，以使得所述插接部能够与所述插装定位件连接或者分离，且所述插接部与所述插装定位件插装配合时，所述第一夹紧件与所述第二夹紧件夹持固定所述插装定位件。

8.根据权利要求1所述的分布式级联运输柜系统，其特征在于，所述工作子机为飞行器，所述运输柜包括箱体和传输机构，所述箱体至少包括一对机架，两所述机架相对设置且两所述机架之间形成容置空间；

传输机构设有两个且分别安装在两所述机架，所述传输机构包括循环转动的环状的载体、设置于所述载体的夹持件、至少两个支撑结构、带动所述载体转动的驱动件，所述夹持件包括沿竖向间隔设置于所述载体的两个夹持部，所述夹持部能够夹持固定无人机，所述支撑结构沿竖向间隔设置并支撑所述载体，以使得所述载体在转动时位于所述容置空间的夹持件能够竖向移动。

9.一种分布式级联运输柜调度方法，用于实现权利要求1-8中任意一项所述的分布式级联运输柜系统的调度，其特征在于，包括以下步骤：

运输车带动运输柜到达工作区域；

运输柜从所述运输车处卸载，运输柜留置于工作区域；

工作子机从运输柜中释放，工作子机在距离所述运输柜设定范围内执行设定工作任务；

工作子机返回至所述运输柜/或所述运输柜运动至工作子机的位置回收工作子机；

运输车返回至工作区域并装载运输柜，运输柜由所述运输车转运。

10.根据权利要求9所述的分布式级联运输柜调度方法，其特征在于，所述指控子系统通过通讯网络控制所述运输柜从所述运输车处卸载或装载，所述运输柜中的指控子系统在所述运输车驶离工作区域后控制所述工作子机的释放以及回收，并且控制所述工作子机执行设定工作任务。

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