2023-07-11 09:00
来源:
晨曙科技发布于：重庆市
酒店送餐机器人的优点是可以降低劳动力成本。此外，它可以吸引注意力，增加客流，有效地增加酒店餐厅的收入，那你知道酒店送餐机器人有哪些功能和优点吗？
一、酒店送餐机器人的功能
1、具有运动功能，可在指定区域行走，到达用户指定位置，根据周围信息避免障碍物，并通过遥控器控制行走。
2、酒店送餐机器人可以在工作人员的操作下创建和编辑餐厅地图，并设置一系列餐桌目标点。每次进入工作模式，机器人都能知道当前位置，并能独立导航到目标位置。
3、酒店送餐机器人具有AI语音互动功能，可以介绍菜品，提示顾客取餐。
4、您可以使用智能手机、平板电脑直接移动机器人。通过发布一系列预设指令，语音控制还可以让酒店送餐机器人自动完成一项复杂的任务。
5、酒店送餐机器人具有电量检测功能，当电量低于设定值时，可以自己走到充电桩的位置进行充电。
6、当客人点餐时，酒店送餐机器人可以去吃饭的地方，工作人员可以把菜放在酒店送餐机器人的托盘上，并通过遥控设备输入桌子（或盒子）和确认信息。酒店送餐机器人移动到餐桌旁，语音提示顾客自己菜或等服务员把菜和饮料端到座位上。取下菜肴或饮料后，酒店送餐机器人语音提示客户或服务员触摸相关的返回按钮，酒店送餐机器人会根据电量和任务安排返回等待点或充电桩。
二、酒店送餐机器人的好处
1、酒店送餐机器人还可以降低劳动力成本。当电池充满电时，它可以连续工作超过10小时。一般来说，晚上只需要3-4个小时就可以充满电了。白天工作一两天没问题。这是一个非常忠诚的人﹑不怕劳累﹑任劳任怨﹑不需要支付任何工资“好员工”。
2、酒店送餐机器人的另一个重要功能是吸引眼球﹑赚足人气。许多来餐馆吃饭的人更能感受到现代技术带来的美妙感觉。成人和儿童都特别喜欢我们美丽的酒店送餐机器人并拍照﹑戏弄玩耍，回头率达到100%，对餐饮酒店业务的影响是意想不到的。返回搜狐，查看更多
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摘要由于人工智能的不断发展，所以很多物流平台也逐渐开始运用人工智能。由于网上订餐的人数越来越多，各种社会矛盾也随之出现，很多外卖骑手在超速或危险的情况下快速超车，有很大的安全隐患的同时还让交通压力大大增加。并且长期依靠人工配送的外卖不光无法保证派送准确到达，有的时候还会造成派送员和客户之间的冲突。最重要的是骑手的人工成本越来越高，导致很多商家盈利越来越少，所以使用送餐无人机为顾客配送迫在眉睫。而且随着科技的不断进步，这种配送方式也会成为未来生活的一部分，将会占有重要的地位。使用无人机送餐不光能够让送餐效率增加，大大降低送餐的时间。还可以让交通压力缓解，从而让交通事故的发生率大大降低。本文主要设计一款能够用于校园送餐的无人机。外观使用现有无人机的外形，然后不断融合各类校园的元素，从而更加适合学生和老师使用。然后通过思考校内师生的审美，在色彩进行上全新的设计，从而让每次送餐的效率达到最大。关键词:无人机,校园外卖送餐,外观造型第1章 绪论现在，由于科技不断进步，所以无人机的种类也越来越多，功能也越来越完善。现在的无人机不光能够在大雨中飞行，还能够承受5级左右的强风。亚马逊已经进行了使用无人机送快递的验证。经实验验证，无人机送快递可以让成本降低到0.5元，这会让快递公司有更大的利润空间。因此，基于两者的共性，能够将无人机技术和外卖结合起来，两者合二为一，让外卖可以通过无人机进行配送。本文主要是通过对无人机进行设计,然后通过对校园外卖的现状进行详细研究，分析中国无人机产业和校园外卖行业的发展和现状。结合机械技术和物联网技术，结合外卖和无人机的特点进行研究。研究校园送餐无人机设计需求，主要从功能设计、用户体验、技术支持、操作方式等方面进行思考，在外形设计、色彩设计、人机交互等方面对送餐无人机进行设计。在校园使用无人机送餐，通过将产品投放到大学等小众人群中，不光让学生校园生活的乐趣逐渐丰富，还可以让无人机逐渐普及。这会让无人机的广泛应用进一步让无人机的潜力被挖掘。1.1 外卖送餐方式的现状现在市场上有三种主要的送外卖方式：1、第一个是餐厅个体户配送的方式：这样的模式是最基础的外卖方式，当外卖的订单到达餐厅后，老板或店员准备好食物后将食物配送给客户。这样的方式主要是为了降低成本。不过，由于外卖行业的不断发展，从而出现了很多外卖订单，而且很浪费餐厅个体户的人力，未来一些小餐馆将不会使用这样的配送方式，除了大品牌连锁商户有充足的人员储备才会采取这种方式。2、与餐厅合作的第三方送餐平台的送餐方式：例如，现在比较火的平台便是美团和饿了么。他们正在使用众包来招募兼职外卖骑手。当订单到达公司平台后，平台会派单给外卖骑手，兼职的外卖骑手会按照平台的信息进行配送，赚取一定的配送费用。这种众包配送方式的优势在于，即使在日常情况和订单高峰期，都有足够的员工供送餐人员使用。因此，这种众包方式可以让卖家和买家的要求都得到满足。但这种方法也同样明显的缺陷：当天气比较恶劣、长假、农民工返乡的情况下，劳动力严重短缺，运输能力得不到保障。此外，外卖员的素质参差不齐，服务质量无法保证。这是由于骑手是直接聘用的，没有经历过专门的系统培训。因此，这种众包方式还需要持续改进。3、平台直营：现在很多平台都开始研发自己的配送服务，为进货配送提供一站式的售后服务。例如，在线购物平台上的京东自营店目前由京东分销，用于在京东网站上购买的产品。众包在外卖服务中更常用来打击竞争对手，但京东真正盈利的项目是自己配送。直送的优点主要是外卖人员只能通过平台招聘，通过统一培训后上岗，保证了招聘外卖人员的专业性，能够确保外卖平台外卖的服务质量比众包模式好。然而，目前外卖平台的商业模式将众包和直营相结合，以确保足够的人手，因为商家可能无法在交货高峰期处理大量外卖订单并且进行配送，从而耽误客户的时间，对与平台是得不偿失的。1.2 送餐无人机的设计理念1.2.1 用户为中心理念在设计产品之前，第一步想到的宗旨便是“以人为本”。该宗旨是在整个设计过程中的所有环节都需要站在用户的角度考虑，比如产品外观、使用过程、界面等方面全方位的提升用户体验。首先，外观要达到用户的审美需求、审美心理的要求和使用的需求，送餐过程中要思考客户的收餐是否方便，客户有没有时间。1.2.2 极简设计理念从下单到接单再到使用四旋翼无人机送餐，四旋翼无人机送餐的过程非常复杂，但所有的流程都只需要用户通过手机就可以完成。所以，在设计中还需要考虑成本，防止浪费资源，以最少的建模、使用流程来让客户的需求得到满足。1.2.3 产品设计定位这种设计布局将用于大学校园。四旋翼送餐无人机的概念只能在大学校园使用，因为我国的飞行法对无人机飞行有严格的控制规定。校园内的使用四旋翼送餐无人机主要有下面四个原因：学校用餐高峰时段比较集中，学生比较多导致学生在食堂排队时间比较长，为减少学生排队时间，方便学生生活。校园内的传统送餐方式因高峰时段拥堵，不适合往返送餐。大学校园内的分布范围相对狭窄且稳定。使用无人机送餐时，有助于更准确地让无人机进行定位，使无人机服务更加高效便捷。大学校园的服务群体以大学生为主，大学生素质普遍较高，不会损坏无人机，能够让无人机长期使用。此外，大学生更容易接受新事物，这对于在大学推广使用四旋翼无人机送餐很有帮助。1.2.4 造型设计分析不同的时代背景对美有着不同的要求。因此，现有的无人机造型大行其道，产品设计既要体现时代品味，又要符合现代人的审美。外卖无人机的基本造型应该是基于现有的无人机，不光需要方便而且需要维护简单。首先已经确定无人机的设计和布局在大学校园内进行。进行仿生设计是因为它是校园的象征，体现了送餐人员的努力，并且可以将两者有机地结合起来。同时，可以适当整合几个校园的特色元素，使无人机适应校园环境，使四旋翼送餐无人机富有校园特色。校园内的一些特色植物也可以作为设计元素，将校园景观与产品相互融合。1.2.5 色彩设计分析产品色彩是指产品外观的原色，是产品设计的第一视觉元素。产品的颜色是决定性的，因为它有着比较强的视觉冲击力，类似于产品的面部表情。颜色还与人的情绪和心理密切相关。色彩情感对用户的表达影响用户的使用心理，影响用户对产品的情绪。产品色彩设计的研究和分析将帮助客户使用产品。有着更人性化和更好的用户体验，让客户对四旋翼送餐无人机的使用更加放心。在色相方面，冷暖色给人不同的生理感受，暖色给人温暖、兴奋的感觉：冷色给人清凉、沉稳的感觉。送餐无人机属于服务类工作类型，需要给人以沉稳和稳重，暖色系的轻盈有力的感觉并不适合无人机。从亮度的角度来看，高强度的颜色给人明亮活泼的感觉，而低强度的颜色给人一种庄重安静的感觉。1.3 无人机国内外研究现状1.3.1 国外研究现状Draganflyer 由美国公司研发，特点较为突出。该种四旋翼无人机主要制作的材料是碳纤维，碳纤维具有强度大，重量轻的特点，碳纤维的使用使得电机大部分动力可以用在诸多外置传感器上，因此航拍也就轻而易举了，有四个无刷大拉力电机提供飞行动力，并且不需要舵机，四个电机既提供动力也可以做舵机，飞行更加稳定。与 Rraganflyer同样具有代表性的是AR. Drone无人机, Parrot的无人机比Draganflyer多了螺旋桨的保护套, Parrot公司甚至将保护套连接起来，这样做出的飞行器稳定性更好，飞行器上的保护套同时也起到保护作用。AR. Drone首先将手机控制用到无人机控制上面，打破了传统遥控器控制的单一局面，是操作者可操作方式多元化，其所使用在飞行器上的MEMS传感器，同时配上了诸多传感器，例如超高像素摄像头，AR. Drone 的工作范围更加广泛。无人机研究项目的火热也促进了商业价格的提升，德国MD4-200。这个型号的无人机机架通体采用碳纤维，碳纤维纯黑高亮的特点，让无人机的整体面貌焕然一新，同时其在空中负载能力增强，最重要的是非常省电，续航时间大大拉长，方便的诸多飞行任务。这款无人机又搭载了GPS全球导航系统还有摄像相机，这样的合理搭配使无人机能够非常轻松的在任何环境执行各种既定航拍任务。比如在军事上，因为战争的影响，很多的欧洲国家开始意识到无人驾驶的飞机在战争中的重要性。因为培养一个飞行员的成本需要花费上百万的金钱。因此以美国为首的一些国家对无人机进行了研发，为增加军事力量，增多了经费的投入，把新技术加入到无人机的研发中。无人机在国家军事力量中发挥着非常重要的作用，主要作用分别为：战斗攻击、侦察和靶机三大类。其中战斗攻击无人机用于拦截目标或者在无人机上安装雷达或通讯干扰设备，对敌人的雷达和通讯设备进行干扰，让敌人失去信息化作战的能力。侦察无人机主要运用在战场战略侦察，为战斗提供作战情报和敌军军事部署。靶机主要运用在军事训练上，进行防空的操作训练。现如今恐怖主义活动发生极度频繁，无人机在军事方面更多的是去参与维和行动和打击恐怖主义当中，因为无人机机身非常小巧，重量也极轻，不容易被发现，隐蔽能力很强，而且是无人驾驶，将无人机派到危险地区或者执行危险任务可以不用担心飞行员的安全。即降低了军事成本又保障了人类的生命安全。1.3.2 国内研究现状但是相比于国外无人机的高速发展，国内无人机发展则较为缓慢，再加上国外对技术的封锁，国内想要获得成果的日期更是被无限延长。所以对于无人机这一高新技术研究一般都是国内的几大航空院校和部分高新技术产业在进行。商用最为突出的就是于2006年在深圳成立的大疆创新公司,该公司对于四旋翼无人机的研究比较积极，研发出的多种主线飞行器，市场反响都非常好，其中包括飞行器飞行控制系统简称飞控与地面站[17]。精灵2 VISIO+无人机，该款无人机自带云台，安装了高清相机，云台采用轴陀螺仪减震与GPS定点，飞行十分稳定，操作简单易上手，即便是没玩过飞机的新手，也能轻易爽飞。在国内外都有较高的评价。其尺寸为289mm×289×185mm，可以拉2.5kg的重物。例如，无人机在航空摄影上，随着民用无人机的广泛使用，很多喜欢摄影和旅游的人们对摄影审美要求的提高，很多人摄影和旅游爱好者将照相机摄像头应用于无人机的外设技术中，选择用无人机进行航拍。这样选择使用无人机可以在摄影中选取比以往正常拍摄从国内外研究现状来看，无人机应用范围比较广泛，各个国家对无人机的研究都比较重视，但是其动力不足，无法满足飞行要求。并且无人机的飞行安全问题需要进一步考量。1.4 本论文的设计方法本论文设计点如下：使用solidworks进行建模和仿真，通过仿真的得到了无人机的运动曲线了模式；通过分析和设计，得出了该无人机的结构，并且设计出了该无人机的螺旋桨。通过对无人机飞行状态分析，得到了无人机送餐的可能性；通过对比选材，得出最好的无人机材料；1.5 本章小结本文首先讲解了当前主要的送餐方式，然后提出了送餐无人机的设计理念，根据国内外研究现状，找到现有无人机的优先和不足。然后在本论文进行设计改进，最后点出了本论文的创新点。第2章 送餐无人机总体结构2.1 送餐无人机的运动设计方案与工作原理现如今世界对无人机的发展很快，已经有很多类型的无人机。比如固定翼无人机（如图2-1），伞翼无人机（如图2-2），四旋翼无人机等。其中固定翼飞行器。飞机靠螺旋桨或者涡轮发动机产生的推力作为飞机向前飞行的动力，主要的升力来自机翼与空气的相对运动。所以，固定翼飞机必须要有一定的无空气的相对速度才会有升力来飞行。因为这个原理，固定翼飞行器具有飞行速度快，比较经济，运载能力大的特点。固定翼的无人机也是非常有用的，在有大航程，高度的需求时，一般选择固定翼无人机，比如电力巡线，公路的监控等等。固定翼无人机一般都是航模玩家使用比较多，而且目前还不算普及。操作相对较难。喷气式无人机成本很高，喷气式制作难度更大，技术成本和经济成本很难降低；在应用场景中。在低速状态下，喷气式很浪费燃油，因此在这三个类型的无人机中，最简单，最容易操控的便是四旋翼无人机。虽然喷气式无人机和固定翼无人机的飞行速度比较快，但下落时需要缓冲下落，不适合送餐无人机。固定翼无人机 伞翼无人机由于科技的不断发展，最新技术和改进的控制芯片性能让四轴无人机的飞行稳定性大大投提高。并且，四旋翼无人机的飞行效率要高于其他多旋翼无人机的飞行效率，这是由于每个电机的效率不能够达到100%，一味让电机数量增加并不会让无人机的整体效率有所提升。相反的，电机数量的增加会让控制参数也增加，这会让控制难度和设计成本大大增加。所以就不考虑其他无人机。该送餐无人机通过使用四个电机对四个螺旋桨进行驱动从而产生升力。四个结构、尺寸和参数相同的电机呈90度对称布置在机架上。虽然电机的参数一样，但旋转方向不一样。送餐无人机电机1和电机3逆时针旋转，电机2和电机4顺时针旋转，使得四个电机的水平力矩相互抵消。旋翼臂之间的空间用于安装飞行控制器、传感器等外部设备。下图为无人机结构示意图。无人机结构示意图一般来说，送餐无人机只需要拥有以下几种飞行运动就可以满足条件：(1)垂直运动：在图2-2中，如果四个转子电机以相同的速度旋转，由于两对电机的旋转方向相反，因此螺旋桨的水平力矩相互抵消，所以无人机无法在xy方向移动。如果同时加速四个旋翼电机，并且旋翼电机的总推力大于无人机的重量，无人机就会上升。否则，无人机将下降。理想情况下，在没有干扰的情况仲，如果四个转子电机的总推力的重量和无人机的重量相等，无人机会保持悬停的状态。无人机垂直运动图(2)俯仰运动：在图2-3中，电机1的转速增加，电机3的转速降低，电机2和电机4的转速不变。随着旋翼1升力的增加，旋翼3的升程减小，转矩对电机1的转子臂的转矩大于对电机3转子臂的转矩，无人机沿转子臂的轴线旋转。电机2和电机4倾斜一定时间，此时产生向前的水平分量，无人机向前移动。同样，随着电机1减速和电机3加速，无人机向后移动。无人机俯仰运动图(3)翻转运动工作原理与俯仰运动一样，但是由于外卖不允许翻转，所以在送餐无人机去除此功能，此处不再详述。(4)偏航运动：该运动旨在让无人机沿旋翼臂中心的旋转的动作实现。当四个转子旋转时，由于空气阻力，每个电机都会沿着电机的轴线在与电机相反的方向上产生扭矩。为了让它们成对地相互抵消。因此，在没有干扰的理想情况下，无人机将保持悬停状态。当1号电机和3号电机加速，2号电机和4号电机减速时，无人机的总推力不变，但反力矩不会相互抵消，所以无人机沿中心旋转。无人机沿机身中心顺时针旋转，电机1和电机3方向相反。无人机逆时针旋转原理同上。2.2 送餐无人机的结构设计2.2.1 总体设计送餐无人机的结构如图2-4所示。参考国内成熟的大疆无人机，由于大疆无人机的尺寸基本确定，为了让该无人机大规模生产。因此设计本论文尺寸为总长=总宽、总高。该无人机重量为1.5kg，能够承载5kg的重量，因此该无人机可以带3.5kg的外卖。电路板、电池舱和各种传感器的安装空间是无人机的核心。四个独立的转子臂拧在主体中心的四个角上。转子臂由标准中空铝合金圆管、固定座和电机座组成，各部件用螺钉固定。机身由两块刻有方形标准的铝合金板组成，四个角为旋翼臂固定片的安装位置。相比转子臂与机身中心一体式结构，制造和更换零件方便灵活，未来转子臂长度可根据需要进行调整、修改和优化。四旋翼无人机结构2.2.2 送餐无人机的拉力计算当送餐无人机空载时，铝合金铝合金转子臂总质量约305.2g，铝合金机身总质量约208.62g。如果电路板和传感器的总质量为200g，电池重量为300g，那么无人机和机械臂的负载荷为177.18g。则无人机总重为：每个电机的平均拉力为444.3g。当送餐无人机负载时，预估可以放5kg。则每个电机拉力为：则单个螺旋桨的拉力为：2.2.3 餐盒根据市面上外卖盒形状主要有长方体，圆柱体。形状大小形状尺寸长/直径宽高长方体20106.5圆柱20CM7cm该餐盒设计的尺寸参考标准的外卖盒，能够确保大部门的外卖可以放入该餐盒，如图2-6。餐盒2.2.4 主体部分无人机主要的组成部分就是主体部分，主体部分主要的作用是连接还有支撑，我们选择制造主体部分的材料有很多种，不过对于材料的要求是硬度一定要高，强度也是要高的，同时要求密度要小，以减小机身重量，一般有金属、塑料、碳纤维等。按照飞行方式，一般分为“十”字形式或“X”形式。本设计采用的是铝合金机架[26]。碳纤维这种材料，它的强度也是很高的，材质的密度很低，而且非常的耐腐蚀性，所以说，现在的无人机大多使用的多是这种铝合金;机架呈“X”形式，其中450表示轴距，即对角两个电机中心的距离为450mm，选择其螺距的距离是因此确保外卖可以放进该无人机中，不会受到遮挡。该主体部分采用色泽比较鲜艳，顶部有一个暗扣，可以拆卸，用来更换电池，在外壳有外卖的标识（下图礼物标识），能够让客户识别无人机。如图2-7所示。主体设计部分2.2.5 无人机主体部分的强度校核无人机机上没有驾驶员，不存在人的生理特性等要求，因此在机体结构的安全要求、结构形式及结构的强度、刚度要求等方面就可以做出适当的调整，把结构设计得较为简单、轻便[30]。采用最大应力失效准则作为结构失效判据;任何应力状态下,当结构任一应力分量达到许用值，即认为结构失效。通常﹐航空复合材料构件的安全系数取为2.0。因此,本文许用应力取为材料破坏应力的二分之一。根据以下公式计算结构强度F和失稳临界载荷Fpor：根据solidworks应力分析可知，当前拉力载荷作用下,机臂最大位移量为2.09 mm，其变形量如图3-1所示。机臂结构强度为948N,强度系数6.32.机臂失稳临界强度为1896N,稳定性系数23.68。其应力分析如图3-2所示。 最大形变量分析无人机主体应力分析根据应力分析可知，主体部分悬臂的受力比较大，但是主体部分外壳中间可能会发现变形。2.3 本章小结本章首先研究了送餐无人机的相关工作原理和设计方案，然后对无人机的相关结构进行设计，其设计部分包括总体设计、拉力的计算、餐盒设计和主体部分设计和强度的校核。第3章 送餐无人机的选型3.1 送餐无人机主体材料选型该送餐无人机是整体设计中最大的结构部件，也是整个无人机设计的重点，所以无人机的主要结构，比如旋翼臂和机身，都是由高度坚固轻质的铝合金制成组成的。其中材料选择如下：对机架进行设计的时候，一定要遵循设计的原则，按照实际工作的环境还有工作任务，将下面几个要求考虑进去:在确定机架的材料的时候，材料一定要轻，成本不能高。结构合理，便于制造。(3）设计的机架要便于我们安装零部件，对零部件进行调整，维修，还有更换。(4）设计机架的结构的时候，一定要合理，工艺性能比较好，还要让这个机架自身的内应力小一点。(5）抗振性能好。(6）机架一定要承受一定的腐蚀性，尽量使用的时问长一点。1、碳纤维碳纤维最大的特点就是抗拉力非常强大，纤维很柔软，便于进行加工，这种材料的力学性能是非常好的。碳纤维自身的重量是很轻的，只有钢材重量的四分之一，但是强度确是铁的二十倍。这种材料的热膨胀系数跟别的材料是不一样的，它是各向异性的。碳纤维的比热容一般为7.12。热导率在温度变高的时候，它是变小的，它的值在跟纤维方向平行的时候是负数，在跟纤维方向垂直的时候是正值。碳纤维在所有的纤维材料中，强度最高，比量模也是最高的，所以说跟金属材料比较的话，它的强度更大，模量更高，而且密度更小，线膨胀系数也更小。但是缺点很明显，造价非常高。2、PA66塑料PA66在聚酰胺材料中有较高的熔点。它是一种半晶体-晶体材料。PA66在较高温度也能保持较强的强度和刚度。5083铝合金铝镁合金铝板主要元素是铝，再掺入少量的镁或是其它的金属材料来加强其硬度。以Mg为主要添加元素的铝合金，由于它抗蚀性好，又称防锈铝合金。因本身就是金属，其导热性能和强度尤为突出。其优点是：1. 密度小，镁金属是广泛应用的金属中密度最小的金属，按ρ=1.8g/cm3计算，镁合金比塑料轻20%，比铝轻30%。2. 比强度高，即镁合金的强度与质量之比高，具有一定承载能力。3. 散热性能好，适合散热要求较高的产品。热传导率是PP料的100倍。4. 弹性模量小，刚性好，长期使用不易变形，抗震力强。5. 抗电磁干扰、电磁屏蔽性好。6. 色泽鲜艳美观，耐腐蚀，能长期保持外观质量。7. 是环保型材料，其废料可以回收利用。缺点为：1. 加工工艺难度大，熔融的镁液易燃易爆，压铸件成品率低。2. 集渣包、流道及浇注系统废料较多，是产品体积的一倍以上。3. 国内材料的价格便宜，但品质较差。4. 由于电位腐蚀而必须避免与其它材料如铝、钢的直接联接，这使装配方面产生了一些难度。最后选定电机底座主要由PA66塑料制成，其中，转子臂和机身采用5083铝合金，镁含量为3-5%，又称铝镁合金。主要特点是低密度、高抗拉强度和高延伸率。铝镁合金的重量比同面积的其他系列轻，因此常用于飞机油箱等航空工业。其机械性能如下表3-1所述：抗拉强度MPa110-136剪切强度MPa36.37-45.33伸长率≥20%屈服强度MPa≥110密度Kg/m327053.2 送餐无人机螺旋桨和驱动电机选型3.2.1 螺旋桨（1）螺旋桨的设计选型一般来说，常见的螺旋桨有塑料、铝合金和不锈钢。塑料螺旋桨通常来说比较便宜，但是由于该送餐无人机在人群中经过，必须保证其结实牢固。锈钢制造的桨叶可以设计得略薄，以提高推进效能，且耐腐蚀性很好。但因其重量相对偏重，发动机加速和挂档时冲击载荷偏大，因此本设计不使用不锈钢桨叶。标准铝制螺旋桨使用最普遍，有较好的强度和耐腐蚀性能。不锈钢强度高，使用寿命长，强度好，不易破损变形，该设计使用标准铝制螺旋桨。螺旋桨可以将相当于机翼。在飞行过程中，气流通过机翼并沿旋转轴线通过前向速度和旋转距离。选择螺旋桨半径为r1和r2(r1＜r2)的相对较小的部分来讨论叶片气流条件。这样，整个螺旋桨上方各部分的拉力和阻力相加，就形成了螺旋桨的整体拉力和阻力，即阻碍螺旋桨转动的力矩。螺旋桨应以具有高上升阻力的迎角运行。结果，螺旋桨的拉力比较大，阻力矩比较小。这通常被称为高工作效率。螺旋桨运转时。改变半径不会影响轴向速度，但改变半径会影响切向速度。因此，越靠近叶片尖端，这种气流的角度越小，叶片的角度越小。但是，越靠近叶片基部，气流角度越大，半径越小，因此叶片角度越大。该叶片角度的大小随着叶片尖端的叶片角度周期性变化。根据以上原理，使用螺旋桨是普通比例，因为它需要增加喷涂设备和航拍设备，而且这种螺旋桨精度高，按需设计。因此，便于批量生产。产品如下图2-5：无人机螺旋桨首先,确定旋翼桨叶片数K和选择问题。理论上,桨叶片数越多,桨叶弦长越小。它的突出优点是:有利于减小机体的振动水平和桨尖损失,对提高飞行性能有利。缺点是将叶片数多,使桨毂结构变复杂,重量和废阻增加,并因此而增加了维护工作量。因此,我们采用两片旋翼的结构,此结构桨毂简单,重量轻,成本也低;并且由于桨叶弦长大,桨叶的扭转刚度提高,抗损伤能力增强;从气动角度来看,旋翼叶片少有利于减小桨涡干扰效应。其次,确定旋翼直径。旋翼无人机要求桨尖速度该无人机使用电动机,转速比较高约为3000r/min。由于本方案采用旋翼与发动机的传动比是1∶1，故此旋翼的转速约为3000r/min。通过下式：可知：可知，主桨夹长度为60mm,螺距为120mm，故选用市面上可买到的成品旋翼单片长度为120mm的旋翼。选用的螺旋桨参数如下:翼角A为45°叶片数N4个转速3000r/min螺距P120mm桨宽度C11.45mm密度ρ1780kg/m3质量m297.93g根据螺旋桨拉力计算公式:直径(m)×螺距(m)×浆宽度(m)×转速n(r/s)×大气压力(标准大气压)×经验系数=拉力(kg)；上式中：D——直径（m）P——螺距（m）C——浆宽度（m）N——转速(r/s)基于之前设计出来的动力系统，这个四旋翼无人机可以给出的拉力达到7.2千克，可以在现场进行工作。（2）螺旋桨扭矩计算电机最大工作电压11.2v下，计算不同速度下的可用推力或功率，进而确定最大最小飞行速度，即速度范围。需要迭代计算，迭代出合适的转速，效率就不考虑了。该无人机飞行速度为2m/s。可知螺旋桨功率：对功率进行校核：满足相关设计要求。爬升扭矩：同理就可以知道巡航速度和最大速度的扭矩：1） 巡航扭矩计算:爬升扭矩:2）最大速度扭矩计算爬升扭矩状态螺桨效率螺桨功率最佳转速扭矩爬升0.7514.9320000.00119巡航0.624.610000.000562最大速0.796230000.00769选用银燕公司XA2212KV820直流无刷电机和11×4.7螺旋桨。主要技术参数有：型号电压V桨尺寸电流A推力g转速功率w效率g/w重量gXA2212KV82012APC11*4.71283020001445.8478APC11*4.77.3500200058.48.6根据XA2212K V820直流无刷电机性能参数表，无人机的最小推力为2000g。由于所以整个拉力满足送餐无人机的要求。3.3 电池的选择目前，电源种类繁多，我们正在选择性价比更高的镍氢电池和锂聚合物电池为设计的送餐无人机供电。电源性能的指标很多，但最主要的是电压、电容、放电容量。电池电压通常用伏特(V)表示。在现实生活中，电压值是不断变化的。比如锂电池的标准电压是11.2V，充电后可能会到达到12V，可是等放电后，就会到11V[31]。因此，真实电压与电池的负载的关系比较大，当负载较大时，通常电流会增大，电压减小。当负载消失时，电压将再次恢复。通常，电池的容量单位是毫安。打个比方，一个电源可以用特定电流放电的时间是一小时。但由于放电时电源不发生变化，所以只能粗略计算其他状态下的放电时间。一般情况下，电池越大，功率越大，飞行器就会变的比较重，所以电源的选择对于送餐无人机飞行来说十分关键，电源可以根据容量指标来计算，其相关公式为：用A倍表示放电时的容量。一、锂聚合物电池锂聚合物电池是目前航拍市场使用的。锂聚合物电池具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化，以及高安全性和低成本等多种明显优势，是一种新型电池。在形状上，锂聚合物电池具有超薄化特征，可以配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池，外包装为铝塑包装，有别于液态锂电的金属外壳，内部质量隐患可立即通过外包装变形而显示出来，比如鼓胀。二、燃料电池氢燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置,基于电化学反应，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的极高效能量转换机器。但是缺点是不太稳定，费用比较高。根据上述对比，该无人机选择锂聚合物电池。其主要参数为11.1V、1000mAH、15C的电池，电机电阻为1.5欧姆。其电流为：因此该无人飞行机电流为8(A)。实际工作中，电源的电压和电源不一定完全符合我们的要求，但该送餐无人机初步设计串联和并联一起使用。串联就是多个电源的首尾相接，总电压是这些电池的总和，放电电流是所有电池的总和，加上电源的容量是一样的，相当于一节电池的容量。并联是指正负电源相互连接。这样，电压为一节电池的电压，电流为每节电池的总电流，电容不变。3.4 电动机的选择与飞行时间的确定目前，小型无人机的动力部件主要是电动机和内燃机。动力装置驱动螺旋桨，涡轮发动机带动动力装置。虽然内燃机有着比较高的效率，功率也比较大，但是由于调速不方便，启动困难，不能在小型无人机上使用。还有一个方案是，使用微型涡轮发动机用于该送餐无人机，但迄今为止微型涡轮发动机的技术水平有限，无法在实践中使用。电机虽然输出功率不高，无人机的飞行时间也比较短，但由于可靠性极高，噪音相对较低，成本较低，所以在无人机中使用最多。送餐无人机最关键的设备便是驱动电机，电机驱动带动螺旋桨进行旋转，无人机就根据旋转引起的升力上升或者下降。电动机的质量影响着无人机的飞行时间和飞行速度。所以，需要慎重挑选电动机。等确定了无人机的基本性能指标后，可根据需要确定电机参数，从而让无人机低空飞行。然后根据需求详细分析无人机在飞行中的功率需求，根据实际需求让无人机尽可能长时间地在空中飞行。但是电机的额定输出过高，电机就会过载，从而让工作效率显着降低，还会让飞机重量增加。另一方面，如果电机的额定输出太小，电机就会过载，导致使用时间短。最重要的是，使用的电池耗电量比较多，导致飞行时间和飞行距离都比较短。除了上述之外，电机的选择也会影响电池的能耗，进而影响无人机的飞行时间。3.4.1 无人机电机的选择通过对相关资料进行查询和翻阅，发现当无人机需要起飞的升力越大，输出越大，总升力越大。选择电机时，一定要选功率大的。从而确保动力和最大巡航时间。但是这种方法噪音大，火花比较大，并且使用时间比较短，所以本设计选用的电动机无刷直流电机。该电动机效率比较高，产生比较小的噪音，并且有着很长的使用时间。在计算电机相关数据时，最关键的标准是无人机升起时的重量。以下公式计算无人机升起时的重量。式中:M总-表示无人机的起飞质量；M1-为无人机结构质量；M2-代表的是动力装置的重量，这个重量也包含了电动机还有螺旋桨在无人机飞行的过程里面产生的变化；M3-代表的是电池的重量，这个重量在无人机飞行的时候不会有变化；M4-代表的是工作部分的质量；M5-代表的是在无人机上面携带的电子设备还有传感器的重量。本送餐无人机采用的电机为新西达2212/1000KV。其中2212表示电机的外形和尺寸，1000KV是指只要电压高1V，转速增加1000rpm。这个电机有12个绕组，6对电极，定子绕组固定在底座上，外壳和转轴为转子，插入定子中心的轴承中。电机的绕线方式和传统电机不一样，圆心的三根线是绝缘的，而不是星形的。三个线圈按 AB-AC-BC-BA-CA-CB 的顺序通电，允许电机沿特定方向旋转。随着线圈电压的变化，电机旋转的速度也会发生变化。3.4.2 无人机飞行的时间现在确定的供电电压为11.1V，电流为16×15A，电池可使用1小时。然后可以计算电源提供的理论电能：忽略一小部分功率损耗，当电源中的所有功率转换为机械功率时，时间可以根据下式计算：得目前我们的无人机续航时间大概是一个半小时左右，所以这个送餐无人机可以飞一个小时，满足要求，但在实际使用中，如果需要更长的时间，可以换成更大的电池。3.5 本章小结本章首先选择多种材料，然后通过分析对比，选出最优的材质。然后通过相关公式计算出螺旋桨的拉力和螺旋桨的扭矩，接着对无人机的强度进行了校核。通过对该送餐无人机的运动进行分析，确定了该无人机的飞行时间，最后根据强度和飞机时间，确定该无人机的电池。第4章 无人机实时仿真4.1 无人机的仿真无人机运动仿真,主要是为了生成以下动画效果:无人机四旋翼(转子叶片)在电机驱动下进行旋转运动产生升力,带动无人机机体向上运动。在装配体模式下,实现4个转子叶片的旋转运动仿真,具体实现如下:点击工具菜单栏下“插入”命令,然后点击“新建运动算例”,在运动算例中点击“马达”按钮,选择“旋转马达”,再选择模型中需要旋转的零件“转子叶片”作为旋转部件,选择“电机”作为旋转参考,再设置运动为等速转动,转速为3000 r /min ,完成“马达”设置,返回主界面拖动时间轴到20 s处。点击播放,完成一个转子叶片的旋转运动仿真。重复以上步骤,再设置3个“马达”,完成其余3个转子叶片的旋转运动仿真。马达设置如图4-1所示。马达设置为实现无人机的上升运动仿真,需设置一个参考平面,点击“插人零部件”命令插人参考平面,点击“配合”按钮,在参考平面和无人机装配模型之间创建一个“平行”和“重合”的配合关系;然后点击“新建运动算例”,在“运动算例”中拖动“时间轴”至11s处,之后在模型界面选定无人机的运行路径（如图4-2所示）。无人机运动路径该路径通过楼房前的外卖点（A）进行上升，然后到达送餐的楼层（B），通过传感器识别无人机和楼的距离（一般识别为3m）。然后根据楼的形状调整飞行轨迹。该轨迹可以有效的避免因开窗造成的障碍。等到送餐位置（E）时，停留一段时间，然后等客户取到餐以后，进行下降,其运动轨迹为A-B-C-D-E-F。然后选择路径配合，如图4-3所示。无人机运动路径点击播放按钮,即可实现无人机装配模型上升的运动仿真。动画设置界面如图4-4所示。动画设置界面由于转子叶片的转动产生升力,无人机向上运动，上升运动仿真效果如图4-5所示。仿真效果图其具体仿真如下：送餐无人机带上外卖开始起飞，此地一般设置为专门的无人机起飞平台，该平台可以停降无人机，并可以及时对无人机更换电池。通常设置无人机起飞平台为一层。如图4-6所示。 仿真第一阶段然后无人机开始起飞（假设送餐位置为3楼），通过无人机自带的距离传感器识别和楼的距离。等无人机飞行到和楼相聚3m时，根据楼的形状进行飞行。该距离可以有效避免由于窗户的阻挡而造成的无人机无法识别路径等问题，到如图4-7所示，在该位置开始右转。无人机开始右转在此处进行转弯，等无人机到达该处时，为了加快送餐速度，无人机的速度将会加快。众所周知，在楼侧边人和窗户都比较少。如图4-8所示。无人机继续右转到达送餐位置时，无人机会悬空，一般悬空时间为5s，等客户取到餐，无人机餐盒的传感器感应到重量减轻，将其信号传送给无人机，无人机进行下降准备，无人机送餐位置如图4-9所示。无人机进行悬停等送餐完成后，无人机开始下降，在此处也同样设置有无人机回收平台，此处可以对无人机进行充电。如图4-10所示。完成整个仿真4.2 无人机运动分析对于无人机的每个旋翼，旋翼进行旋转时，旋翼上表面的空气流速比旋翼下的表面快,因此旋翼的上表面受到的空气压力小于下表面,这时无人机就可以飞起来，当无人机的旋翼上表面的空气流速和旋翼下的表面相等时，无人机就可以进行悬停。旋翼上表面的空气流速比旋翼下的表面快,因此旋翼的上表面受到的空气压力小于下表面时，无人机就可以下降。根据图3-3可知无人机受力图：无人机受力图当时，无人机处于悬停状态；当时，无人机处于上升状态；根据仿真，可以得到该无人机位移时间曲线，如图3-4所示。无人机位移时间曲线通过人机位移时间曲线可知：无人机上升速度为：由于单层楼高为3m，因此该无人机上升三层楼需要的时间为：式中：S为位移t为无人机飞行时间V为无人机上升速度4.3 本章小结本章首先首先对无人机进行受力分析确定出无人机的状态，然后使用solidworks软件对无人机进行仿真，然后通过分析运动路径和仿真过程，证明无人机可以正常进行起飞悬停降落。第5章 结论随着科技不断进步，所以无人机的种类也越来越多，功能也越来越完善。很多物流平台也逐渐开始运用人工智能，因此网上订餐的人数越来越多，各种社会上人与人之间的冲突、矛盾也随之出现，很多外卖骑手在超速行驶或危险路况下进行快速超车，给社会造成有很大的安全隐患，同时还让交通压力大大增加。更重要的时外卖骑手的人工成本也在逐年增加，导致很多商家盈利越来越少。因此使用送餐无人机配送是非常需要的。在该论文中无人机技术和外卖配送结合起来，两者合二为一，让外卖可以通过无人机进行配送。外观使用现有无人机的外形。本文主要有四个部分.第一部分主要是对外卖送餐方式的现状，送餐无人机的设计理念，无人机国内外研究现状经行分析。第二部分是送餐无人机的运动设计方案与工作原理及无人机结构。并对无人机的结构强度，无人机升力经行计算确定无人机是可行的。第三部分确定出无人机适合的材料和选型，选出最优的材质。第四部分通过Solidworks进行运动仿真，确定无人机设计的可行性。可以直观的看到无人机的运动形式。目前，送餐无人机适用于校园，因为学生更能接受新鲜事物，校园分布范围相对狭窄且稳定。使用无人机送餐时，有助于更准确地让无人机进行定位，使无人机服务更加高效便捷。但是在城市范围使用非常的局限，一方面是定位不是那么的准确，另一方面是在城市中飞行时环境的杂物很多，容易形成碰撞，我国飞行法对无人机飞行有严格的控制规定，所以送餐无人机在使用时很局限。}