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1、南昌航空大學畢業(yè)設計報告 Express delivery UAV Student name:Pengzhen Class:111233 Supervisor:Wang Jiafei 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

2、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 info

3、rmationization, 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 fi

4、eld, 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; It's cheap, so can put into mass production; Exploration terrain, due to its flexible maneuverability, reach the some humans arrived less th

5、an; 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

6、 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 veh

7、icle (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? Signature of Supervisor:

8、 快遞配送無人機 摘要：這是一個科技高速發(fā)展的時代，由于科技的進步，也帶動了信息技術的革命，使得各種高新技術層出不窮。飛機也就這樣應運而生了。飛機的誕生原先是作用于交通工具上的，后來推廣到戰(zhàn)爭里。 現(xiàn)階段，科技發(fā)展程度的加深，航空飛機也逐漸向著信息化、精確化和無人化發(fā)展。有人說過，這是一個屬于信息技術和航空技術的時代，在這個時代中，無人機的性能得到進一步的提升，并被迅速投入到各個領域當中，尤其是軍事領域，無人機在軍事領域的作用尤為重要。它機體較小，所以能夠偵察敵軍動向，不易被發(fā)現(xiàn)；它的造價低廉，所以能夠投入大批量生產(chǎn)；它的機動性靈活，所以能夠勘探地形，到達一些人類到達不到

9、的地方；它不需要飛行員操作，所以能夠代替人類做一些高難度，高風險的任務。 無人機對軍事領域的作用是毋庸置疑的，但是無人機投入到生活當中，為人類的生活服務的事例確是少之又少?？赡苁谴蠹叶加X得，這種高科技運用到正常生活中是大材小用?？墒?，高科技的誕生不就是為了人類生活而服務嗎？高科技的發(fā)展不就是為了方便人類的生活嗎？ 所以，本次設計是立足于無人機為人類生活服務的觀點，吸收無人機機體小，造價低，靈活性高等優(yōu)點，結合實際生活，打造出一款快遞配送無人機。 關鍵詞：飛機 無人機 快遞配送無人機 指導老師簽名： 目

10、 錄 1.快遞配送無人機創(chuàng)意設計背景分析 5 1.1概述 5 1.2發(fā)展簡歷 5 1.3市場狀況 5 1.4發(fā)展趨勢 6 1.5存在問題 7 2.設計方案分析 7 2.1設計定位 7 2.2設計思路 8 2.3功能設計 9 2.4造型設計 10 2.5結構設計 12 2.6色彩分析 12 2.7材料選擇 14 2.8 使用方式分析 14 3.快遞配送無人機創(chuàng)意設計小結 17 主要參考文獻 18 致謝 18 附錄Ⅰ——草圖方案 19 附錄Ⅱ——效果圖 20 附錄Ⅲ——版面 21 附錄Ⅳ——工程制圖（三視圖） 22 附錄Ⅴ——模型照片 23

11、 1.快遞配送無人機創(chuàng)意設計背景分析 1.1概述 “快遞配送無人機”的定義，所謂的“快遞配送無人機”就是一種幫忙快遞公司運送包裹的無人機?，F(xiàn)在，亞馬遜、順豐快遞已經(jīng)投入對無人機的研究。其主要特點就是：它必須是擁有超強承載力，實用性大，能夠帶給人們新鮮感的新型無人機。它的機體必須經(jīng)過精密的計算，機體要小。無人機的承載負重能力要很強，才能搬運更大的快遞。同時無人機的外形設計要前衛(wèi)新穎，材料要創(chuàng)新，性能更加完美。這也標示著無人機運用人類生做的一個發(fā)展方向。 1

12、.2發(fā)展簡歷 （1）2012年5月，中國順豐快遞提出了“快遞配送無人機”的創(chuàng)意，并在研發(fā)成功?？爝f配送無人機內置了GPS導航系統(tǒng)，它能根據(jù)工作人員所設置的路線，將快遞快速便捷送達目的地。 （2）2013年9月，中國順豐快遞在廣東省東莞市進行了“快遞配送無人機”精密的測試。 （3）2013年11月，順豐快遞的“快遞配送無人機”的測試階段已經(jīng)圓滿結束，正式進入運行階段。 （4）2013年12月，亞馬遜已經(jīng)將“快遞配送無人機”投入正常使用階段，快遞配送無人機凸顯了的派件速度快，派件時間短的優(yōu)勢。但是，快遞配送無人機派送距離短，精確度不高也是一個嚴峻的問題。 （5）2014年9月，美國

13、Matternet對快遞配送無人機進行了改進，提高了快遞配送無人機的派件距離，電池使用時間，更重要的是提高了快遞配送無人機的派件速遞。使得了快遞配送無人機派件效率更高效，更快捷。 1.3市場狀況 “快遞配送無人機”這一款無人機技術的創(chuàng)意是由中國的順豐快遞公司提出的。2012年，順豐快遞提出這一創(chuàng)意后，并投入設計和研發(fā)，在2013年研發(fā)成功，并正式投入使用?！翱爝f配送無人機”的設計是從用戶的角度出發(fā)，根據(jù)用戶的需求進行改動和研發(fā)，由于派件人力的短缺，也促使了順豐快遞公司對這一項目的重視，投入了大部分的人力進行開發(fā)。根據(jù)這些問題，順豐克服了種種難題最終完成了世界上第一架快遞配送無人機。之后對快

14、遞配送無人機進行普及和推廣，現(xiàn)在世界上多家物流公司已經(jīng)使用大這門新的技術。 2014年美國的Matternet公司順豐公司研發(fā)的快無人機的基礎上進一步改善，利用鋰電池技術，改進了前快遞配送無人機飛行距離短的問題，這樣能夠實現(xiàn)一架無人機派送更多的包裹。同樣，有的顧客反饋，提出了快遞配送無人機負載能力過低，承載不了重量較大的包裹，針對這一意見，Matternet公司為了增加快遞配送無人機的負重能力，給快遞配送無人機多增加了兩個螺旋槳，快遞配送無人機由原先的雙螺槳，變成了四螺槳。這樣大大地提高了派件重量。也有顧客說出了快遞配送無人機派件速度較慢這個問題，為了解決這個問題，Matternet公司為快

15、遞配送無人機的發(fā)動機進行改進，增強了快遞配送無人機的渦輪轉速，進一步增進了快遞配送無人機的飛行速度，使得快遞配送無人機派件更加快捷，更加迅速。 1.4發(fā)展趨勢 隨著快遞的無人機的普及和廣泛使用，人們追求的已經(jīng)不僅僅是能夠將貨物送達目的地了。所以我來簡單分析一下快遞配送無人機未來幾年的發(fā)展現(xiàn)狀。 高空、長航時:續(xù)航能力不足，一直以來都是快遞配送無人機存在的一大問題。由于低空和續(xù)航能力不足，很難一次性派送多個包裹，送一次包裹要多次往返，很容易造成時間上的浪費。所以，發(fā)展高空、長航時的快遞配送無人機是未來幾年的快遞配送無人機發(fā)展趨勢。 智能化:隨著電子技術、信息技術和導航定位技術的迅猛

16、發(fā)展，開發(fā)出智能的快遞配送無人機已經(jīng)成為一種可能了。智能的快遞配送無人機已經(jīng)不僅僅能夠將貨物快速送達目的地了，它還能在工作人員設計的多個目的地中計算出最短的路線，然后按照這個路線，將貨物一次性送達目的地。它也還能自主送達，不需要人工操控，它內置有衛(wèi)星導航系統(tǒng)，能夠自動識別目標。這樣的快遞配送無人機將會減少工作人員的工作時間、也會使得顧客體驗到快捷、方便地服務。 微型化:微型的快遞配送無人機，通常尺寸在15到20厘米之間，重量不超過1kg。但目前還是很難做到這一點，因為現(xiàn)在的快遞包裹越來越大，越來越重，為了一次能夠運完快遞包裹，快遞配送無人機需要有著比較大的運載空間，也需要比較強的運載動力，所

17、以現(xiàn)階段還無法對快遞配送無人機微型化。但是有顧客反應，能不能不需要他們出去接收快遞，就能夠將東西送達門口。這也是快遞配送無人機需要微型化的一個原因，只有微型化的無人機，才能通過一些比較小的空間，到達一些很難到達的地方。但是怎么克服微型快遞配送無人機動力問題和微型化，這也將是未來幾年需要克服的一大難點。 1.5存在問題 1. 國家政策問題的制約； 2. 電池制造難度較高； 3. 定位精度不夠準確； 4. 無法全天性飛行，受到氣候的影響； 5. 無法再地形比較復雜的環(huán)境中降落； 6. 在信號較弱的偏遠地區(qū)無法正常工作。 2.設計方案分析 2.1設計定位 一款新型

18、的快遞配送無人機怎么設計，才能滿足顧客和使用者的需求呢？怎么樣設計出來的快遞配送無人機更加實用？怎么樣才能使得快遞配送無人機能夠更加方便、更加快捷將貨物送達目的地呢？ 圖2.1.1是本次設計的快遞配送無人機。 續(xù)航能力和高空飛行：機體設計是采用了圓柱體狀，這樣能夠更大地減少飛行阻力，節(jié)省更多的飛行動力，這樣能夠飛得更遠，將貨物送達更遠的地方。本次設計的快遞配送無人機采用了四螺槳的形態(tài)，模仿支奴干直升機的高低螺旋槳，這樣能夠保持快遞配送無人機的穩(wěn)定性，也能保證快遞配送無人機擁有更好的續(xù)航能力和高空飛行。 微型集裝箱：微型集裝箱的創(chuàng)意是首次提出，微型集裝箱能夠容納比平常箱子更多的貨物，微型集

19、裝箱也可以進行多個的拼裝和拆卸，這樣才能夠滿足搬運較多的貨物。 負重能力：本次設計的快遞配送無人機能夠搬運其他快遞配送無人機無法搬運的貨物，因為該快遞配送無人機的抓取包裹的爪子是可以自由拆卸的。如果集裝箱重量過高，集裝箱體積過大，我們可以拆卸快遞配送無人機的另一半爪子，跟另一只快遞配送無人機進行拼裝，這樣就能達到運載更大更重貨物的目的了。 圖2.1.1 2.2設計思路 在這里我們不得不提到的是順豐快遞和UPS快遞設計的無人機。圖2.2.1和圖2.2.2分別是順豐快遞配送無人機和UPS快遞配送無人機。觀察這兩款快遞配送無人機，我們不難發(fā)現(xiàn)機身形態(tài)的不足，導致了飛

20、行阻力過大，過度浪費電能。 所以在這次快遞配送無人機的設計當中，結合大自然生物的形態(tài)特征和這兩款快遞配送無人機的特性加以改造。 （1）機身：模仿了蜻蜓的軀干。這樣飛行時受到的空氣阻力會比前面兩款快遞配送無人機小。提高快遞配送無人機的飛行距離，節(jié)省損耗的電能。同時也使得快遞配送無人機體型小巧，更加有觀賞性和藝術性。 （2）裝載貨物：模仿的是鷹捕食獵物時爪子的動作。據(jù)知情者透露，快遞配送無人機在飛行過程中很容易造成貨物的丟失。主要原因還是因為快遞配送無人機的裝載貨物的爪子不夠強力，在飛行過程中，由于抓取不穩(wěn)，貨物就容易掉落。所以，本次設計模仿了鷹的爪子，能夠緊緊抓住貨物，這樣就不容易造成貨物

21、丟失的不好反應。 （3）微型集裝箱：模仿的是螞蟻搬運的蚜蟲，總所周知，蚜蟲相對螞蟻體積龐大，但由于蚜蟲容易搬運，所以結合蚜蟲容易搬運的特性，首次提出微型集裝箱的概念。微型集裝箱可以自主拼接，以用來容納更多的貨物。 2.3功能設計 本次設計的快遞配送無人機的機體是模仿蜻蜓的軀干。 蜻蜓是自然界效率最高的殺手，沒有之一，主要靠的是蜻蜓獨特的身體構造。根據(jù)圖2.3.1可以看出蜻蜓的軀干是圓柱體的，這樣很適合蜻蜓在不是過程中的高速飛行，又是因為蜻蜓的圓柱體軀干，減少了來自空氣中的阻力，使得蜻蜓受到的阻力較小，在相同的動力情況下，蜻蜓的飛行距離明顯高于其他生物。這樣為蜻蜓在捕食提供了有力

22、的條件。 然后我們來看看圖2.3.2，這是本次設計的快遞配送無人機，同樣，該無人機的軀干也是圓柱體。模仿了蜻蜓的的軀干，這樣有利于快遞配送無人機在搬運貨物時受到的阻力，可以提高快遞配送無人機的飛行速度，也提高了快遞配送無人機的效率。由于使用了仿生學，也使得快遞配送無人機有了更高的藝術感和美感。 圖2.3.1 蜻蜓的形體 圖2.3.2 設計的快遞配送無人機形體 2.4造型設計 根據(jù)圖2.4.1可以看到。機身的機體主要模仿蜻蜓的軀干，修長的軀體結構，非常適合飛行。四對旋翼也是模仿蜻蜓的翅膀，這樣能夠保持較高的飛行穩(wěn)定性，提供更多的飛行動力。

23、機頭采用170度大廣角魚眼鏡頭，替代蜻蜓復雜的雙復眼結構。機翼掛架模仿的是鷹抓的結構，再結合夾子的布局。分為前后兩個模塊，安裝在機身上。 圖 2.4.1 根據(jù)圖2.4.2，快遞配送無人機整體造型模仿的是鷹展翅的姿態(tài)，采用雙軸四旋翼結構，左右對稱布局，幾何型機身。 圖 2.4.2 2.5結構設計 本次設計的快遞配送無人機由機身、鷹抓貨架和微型集裝箱三個部分構成。 （1）機身：機身由10個零部件組成，分別是螺旋槳、攝像頭、語音交流系統(tǒng)、碳纖維無人機機架、超聲波測距儀、無刷電機、燈光警告系統(tǒng)、電源、尾部連接裝置和飛行控制

24、系統(tǒng)。螺旋槳為飛行提供了原動力；攝像頭是用來區(qū)分位置和判斷降落區(qū)是否有障礙物；語音交流系統(tǒng)可以用簡單的言語跟用戶交流；超聲波測距儀是用來判斷目的地的距離；燈光警告系統(tǒng)是提醒降落區(qū)域內的生物；飛行控制系統(tǒng)是用來控制飛信速度和保持飛行平衡， （2）鷹抓貨架：利用仿生學，模仿老鷹捕抓獵物的形態(tài)設計的，能夠強有力抓住貨物，使貨物在飛行過程中不會丟失，掉落。 （3）微型集裝箱：微型集裝箱由兩部分組成，分別是：微型集裝箱內膽和微型集裝箱緩沖隔板。微型集裝箱是用來裝卸貨物的；而微型集裝箱緩沖隔板是用來緩沖快遞配送無人機的降落。 圖2.4.1 快遞配送無人機的零部件 2.6色彩分析 無

25、人機采用科幻電影《機械公敵》中智能機器人經(jīng)典的藍灰色與銀灰色相結合的配色方案。無人機主體結構采用銀灰色，銀灰色是一種低調而神秘的顏色，使無人機充滿了未來感與科技感的同時不顯得張揚,同時銀灰色的金屬質感凸顯出機身的堅固耐用。鮮亮的顏色如同畫龍點睛一般為無人機帶來了生命的氣息。(如圖2.6.1)機翼與微型集裝箱采用藍灰色，藍灰色同樣是一種具有未來感、科技感的顏色,藍灰色的微型集裝箱和機翼給人的感覺又多了一分大氣與穩(wěn)重。機頭攝像頭部分用橙色點綴，藍色與橙色互補鮮亮的顏色如同畫龍點睛一般為無人機帶來了生命的氣息。(如圖2.6.1) 圖2.6.1 機頭攝像頭部分用橙色點綴，藍色與橙色互補，鮮亮的

26、顏色如同畫龍點睛一般為無人機帶來了生命的氣息。（如圖2.6.2） 圖2.6.2 圖 2.6.3 2.7材料選擇 總所周知，鈦合金是一種新生代有色金屬，被發(fā)掘應用到科技當中的時間并不長，但是鈦合金的技術卻是日益成熟。鈦合金是一種特殊且有著重要意義的金屬材料，因為它的化學結構穩(wěn)定，所以導致了它能夠抗腐蝕，抗高溫、高強度等特性。在20世紀里，大部分航空技術都是使用到了鈦合金，隨著刻度而技術的發(fā)展和航空技術的異軍突起，鈦合金已經(jīng)廣泛應用到眾多領域。對用快遞配送無人機材料分析，一般無人機對材料要求很嚴格，材料需要具有高強度，輕

27、質量，已加工，耐磨損，無污染，可回收等特性。所以，在挑選快遞配送無人機的材料時要很嚴格。 整架無人機的機體是利用鈦合金制作的，但是幸運在集裝箱可以用鋁合金來制作，這樣使得集裝箱可以得到推廣，因為鋁合金普遍性較高，且質量輕，生產(chǎn)效率高。 所以我選擇了鈦合金來制作機身，使用鋁合金來制作運載集裝箱。 2.8 使用方式分析 根據(jù)圖2.8.1，可知，快遞配送無人機通過gps來實時點位收件人位置。還可以通過掃描二維碼來簽收快遞。 圖 2.8.1 根據(jù)圖2.8.2和圖2.8.3，可知，快遞配送無人機可以通過掃描和超聲定位系統(tǒng)，感知和選擇預定降落地點。若有人站在無人機降落地點，

28、則無人機會通過語音系統(tǒng)對收件人進行提示。 圖 2.8.2 圖 2.8.3 根據(jù)圖2.8.4，可知，無人機會通過語音和燈光引導收件人站在安全位置，完成二維碼簽收。 圖 2.8.4 3.快遞配送無人機創(chuàng)意設計小結 在設計之初，確定了自己設計的定位的同時，通過網(wǎng)上查資料、閱讀各種關于快遞配送無人機設計的書籍等方式，對概念快遞配送無人機有了一定的了解，并對現(xiàn)有快遞配送無人機進行了系統(tǒng)的分析，了解了最新了科技技術及材質運用。 然后通過大自然得來的靈感，利用“仿生學”來考慮設計快遞配送無人機的造型，首先對快遞配送無人機的

29、機體進行模仿設計，然后再對快遞配送無人機的裝載貨物的爪子進行改造，接著再對微型集裝箱進行仿生變形，使得自己的設計脈絡更加清晰，一目了然，最后確定了設計方案。 整架快遞配送無人機的機體、裝載貨物的爪子和微型集裝箱是采用仿生設計，靈感分別來源于蜻蜓、雄鷹和蚜蟲。這是一種速度與力量的結合，前衛(wèi)的機體，強勁的爪子，輕巧靈活的箱子，使得這款快遞配送無人機能夠完成別的快遞配送無人機無法完成的任務。也體現(xiàn)了這款快遞配送無人機的輕巧性和靈動性。 在這次畢業(yè)設計中我學到了很多知識，從一開始的草圖創(chuàng)意，到草圖效果的繪制，再到三視圖的制作，一步一步了解到了設計快遞配送無人機的方法和步驟。這個過程漫長而艱辛，但對

30、一個喜歡設計，喜歡無人機的人卻是一種神奇的體驗和一種新的享受。 主要參考文獻 [1].施鼎豪.中國民航業(yè)發(fā)展報告[M].中國物資出版社.2008 [2].曹建華，白冰如.飛機構造[M].國防工業(yè)出版社.2010.03 [3].王向明.飛機鈦合金結構設計與應用[M].國防工業(yè)出版社.2010 [4].阮光峰.飛機·飛行器發(fā)展史[M].百花文藝出版社.2011.06 [5].李天.飛機設計[J].中國航空工業(yè)集團公司 沈陽飛機設計研究所.2006 [6].王志瑾,姚衛(wèi)星.飛機結構設計[M].國防工業(yè)出版社.1970.01 [7].安德森.空氣動力

31、學基礎[M].航空工業(yè)出版社.2010.02 [8].顧誦芬.飛機總體設計[M].北京航空航天大學出版社.2006 [9].克里斯托斯.飛機復合材料結構設計與分析[M].上海交通大學出版社. 2011.11 致謝 衷心的感謝我的導師王老師在設計過程中給予我的指導和幫助；感謝藝術與設計學院的其他老師給予的幫助；感謝學院領導的關懷；感謝大學四年里一起奮斗過的同學在設計過程中給予的幫助和支持。 附錄Ⅰ——草圖方案 附錄Ⅱ——效果圖 附錄Ⅲ——版面 附錄Ⅳ——工程制圖（三視圖） 附錄Ⅴ——模型照片 24