(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111306487.2 (22)申请日 2021.11.05 (71)申请人 鹏城实验室 地址 518000 广东省深圳市南 山区兴科一 街2号 (72)发明人 张校祯　崔金强　尉越　丁玉隆　 (74)专利代理 机构 深圳市君胜知识产权代理事 务所(普通 合伙) 44268 代理人 温宏梅 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种桁架空中运输系统及其构建方法 (57)摘要 本发明公开了一种桁架空中运输系统及其 构建方法， 所述系统包括： 若干无人机； 至少一个 球铰， 所述球铰设置在所述无人机上； 至少一个 系绳， 所述系绳与所述球铰连接， 且用于将所述 球铰与载荷连接； 至少一根杆件， 所述杆件设置 在无人机与无人机之间， 且所述杆件的两端分别 与所述无人机连接； 所述无人机、 所述杆件、 所述 系绳和所述载荷构成桁架刚性结构。 本发明中无 人机之间通过杆件连接， 无人机与载荷之间通过 系绳连接， 使得所述无人机、 所述杆件、 所述系绳 和载荷构成桁架刚性结构， 提升了对尺寸小且重 量大载荷的运输效率。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 114218744 A 2022.03.22 CN 114218744 A 1.一种桁架空中运输系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 若干无人机； 至少一个 球铰， 所述球 铰设置在所述无 人机上； 至少一个系绳， 所述系绳与所述球 铰连接， 且用于将所述球 铰与载荷连接； 至少一根杆件， 所述杆件设置在无人机与无人机之间， 且所述杆件的两端分别与所述 无人机连接； 所述无人机、 所述杆件、 所述系绳和所述载荷构成桁架刚性结构。 2.根据权利要求1所述的桁架空中运输系统， 其特 征在于， 所述杆件为轻质杆件。 3.一种如权利要求1 ‑2任一项所述的桁架空中运输系统 的构建方法， 其特征在于， 所述 方法包括： 获取载荷重力， 并根据所述载荷重力确定无 人机总数； 基于无人机总数， 根据若干系绳、 若干杆件和载荷， 构建桁架刚性结构图； 基于所述桁架刚性结构图， 计算每根杆件的应力， 并根据每根杆件的应力确定每根杆 件的屈服强度， 其中， 所述屈服强度为桁架刚性结构图中每根杆件的强度指标。 4.根据权利要求3所述的桁架 空中运输系统的构建方法， 其特征在于， 所述根据 所述载 荷重力确定无 人机总数包括： 获取每个所述无 人机的重力和所述无 人机的最大推力； 根据每个所述无 人机的重力、 所述载荷重力和所述 最大推力， 确定无 人机总数。 5.根据权利要求4所述的桁架 空中运输系统的构建方法， 其特征在于， 所述根据每个所 述无人机的重力、 所述载荷重力和所述 最大推力， 确定无 人机总数包括： 将所述最大推力乘以预设系数， 得到中间推力； 将所述中间推力将减去每 个所述无 人机的重力， 得到中间合力； 根据所述中间合力和所述载荷重力， 确定无 人机总数。 6.根据权利要求5所述的桁架 空中运输系统的构建方法， 其特征在于， 所述根据 所述中 间合力和所述载荷重力， 确定无 人机总数包括： 将所述载荷重力除以所述中间合力， 得到商值； 根据所述商值， 确定无 人机总数。 7.根据权利要求6所述的桁架 空中运输系统的构建方法， 其特征在于， 所述根据 所述商 值， 确定无 人机总数包括： 将所述商值进行向上 取整， 得到整数值， 并将所述整数值作为无 人机总数。 8.根据权利要求3所述的桁架 空中运输系统的构建方法， 其特征在于， 所述基于无人机 总数， 根据若干系绳、 若干杆件和载荷， 构建桁架刚性结构图包括： 根据载荷、 系绳和杆件， 确定初始 节点和初始边； 添加一个无 人机作为 新增节点； 统计初始节点中的无人机的数量和新增节点中的无人机的数量， 得到无人机使用数 量； 根据添加的无 人机、 载荷、 系绳和杆件， 得到新增边； 当所述无人机使用数量小于所述无人机总数时， 继续执行添加一个无人机作为新增节 点的步骤；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114218744 A 2当所述无人机使用数量等于所述无人机总数时， 则停止执行添加一个无人机作为新增 节点的步骤， 并将所述初始节点、 初始边、 所有新增节点和所有新增边生成桁架刚性结构 图。 9.根据权利要求8所述的桁架 空中运输系统的构建方法， 其特征在于， 所述初始边包括 第一初始边和第二初始边； 所述 根据载荷、 系绳和杆件， 确定初始 节点和初始边包括： 将两个无 人机和载荷组成三个初始 节点； 将两个无 人机之间的杆件作为第一初始边； 将两个无 人机和载荷之间的系绳作为第二初始边。 10.根据权利要求8所述的桁架空中运输系统的构建方法， 其特征在于， 所述根据添加 的无人机、 载荷、 系绳和杆件， 得到新增边包括： 将添加的无 人机与载荷之间的系绳作为第一 新增边； 将添加的无 人机与相邻无 人机之间的杆件作为第二 新增边。 11.根据权利要求4所述的桁架空中运输系统的构建方法， 其特征在于， 所述基于所述 桁架刚性结构图， 计算每根杆件的应力包括： 获取用户基于所述桁架刚性结构图定义的连接矩阵和邻接矩阵； 根据所述邻接矩阵， 得到与所述无人机对应的配置质量； 其中， 所述配置质量为无人机 被分配的杆件质量； 获取一个无 人机的质量； 将一个无 人机的质量和与所述无 人机对应的配置质量相加， 得到节点质量； 获取一个无 人机在平衡 状态下的推力； 根据所述节点质量得到节点重力， 并将所述节点重力和所述推力在坐标轴上进行分 解， 分别得到X轴外力分量、 Y轴外力分量和Z轴外力分量； 将所述X轴外力分量、 所述Y轴外力分量和所述Z轴外力分量组成外力向量； 获取节点 坐标值， 并对所述连接矩阵和所述节点 坐标值进行混合 运算， 得到中间矩阵； 将所述中间矩阵求逆后与所述外力向量进行相乘， 得到力密度向量； 根据所述力密度向量， 得到每根杆件的应力。 12.根据权利要求11所述的桁架空中运输系统 的构建方法， 其特征在于， 所述根据 所述 邻接矩阵， 得到与所述无 人机对应的配置质量包括： 获取与所述无 人机连接的若干杆件的质量； 基于所述邻接矩阵， 对与所述无人机连接的若干杆件的质量进行分配运算， 得到与所 述无人机对应的配置质量。 13.根据权利要求11所述的桁架空中运输系统 的构建方法， 其特征在于， 所述根据 所述 力密度向量， 得到每根杆件的应力包括： 获取所述力密度向量中每 个力密度对应的杆件边长； 将每个力密度与所述力密度对应的杆件边长进行相乘， 得到每根杆件的应力。 14.根据权利要求11所述的桁架空中运输系统 的构建方法， 其特征在于， 所述根据每根 杆件的应力确定每根杆件的屈服强度包括： 获取每根杆件的应力对应的杆件横截面积； 获取安全系数； 其中， 所述 安全系数用于表征 杆件的安全性；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114218744 A 3