[發(fā)明專利]一種無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中移動機(jī)器人的充電方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610375933.8
• 申請日: 2016-05-31
• 公開（公告）號: CN105896672B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓光潔;林輝;廖艷艷;符鵬;楊璇
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/02;H01M10/44;H04W84/18
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務(wù)所32225
• 代理人: 孫彬

1.一種無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中移動機(jī)器人的充電方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)、首先構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)中包括多個充電點(diǎn)的基站，具有無線電能接收裝置傳感器節(jié)點(diǎn)，以及有無線充電功能的移動機(jī)器人；根據(jù)傳感器發(fā)送到基站的信息，對所有傳感器節(jié)點(diǎn)建立能量消耗模型，同時根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)相對基站的位置，傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗的速度V，傳感器節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)先級P，以及傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余電量B，對傳感器節(jié)點(diǎn)的充電優(yōu)先級進(jìn)行評級得到優(yōu)先級列表；

(2)、其次根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)的分布情況，以及單個移動機(jī)器人可負(fù)責(zé)充電的節(jié)點(diǎn)數(shù)，劃分出不同的充電區(qū)域；

(3)、最后根據(jù)步驟(1)中得到優(yōu)先級列表，生成待充電節(jié)點(diǎn)列表，并根據(jù)列表中節(jié)點(diǎn)的位置，生成一個封閉路徑，移動機(jī)器人根據(jù)生成的封閉路徑，對傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中移動機(jī)器人的充電方法，其特征在于所述步驟(1)中的能量消耗模型建立如下：

由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)集合(N₁，N₂，N₃，…)一起構(gòu)成了傳感器網(wǎng)絡(luò)，基站開始接收無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的信息，每個節(jié)點(diǎn)的發(fā)送到基站的信息為一個信息報(bào)，信息報(bào)由(N，C，B，L，T)組成，N代表節(jié)點(diǎn)編號，C代表采集的環(huán)境數(shù)據(jù)，B代表節(jié)點(diǎn)的剩余電量，L代表節(jié)點(diǎn)距離基站的相對位置，T代表發(fā)送時間戳；

根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中T₁時刻到T₂時刻的能量消耗速度V，

V=B1-B2T2-T1,]]>

得到在系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)的能量消耗速度，每分鐘刷新一次，得到系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)能量消耗模型，其中B₁代表T₁時刻節(jié)點(diǎn)的剩余能量，B₂代表T₂時刻節(jié)點(diǎn)的剩余能量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中移動機(jī)器人的充電方法，其特征在于所述步驟(1)中的節(jié)點(diǎn)的充電優(yōu)先級的評級如下：

基站根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在組網(wǎng)時發(fā)回的消息鏈，得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，處于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣K端的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級最低，與該節(jié)點(diǎn)建立的路由連接越多，節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級越高，從而獲得每個節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級P，得到節(jié)點(diǎn)的充電特征分析集(L，P，B，V)，L代表節(jié)點(diǎn)距離基站的相對位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中移動機(jī)器人的充電方法，其特征在于所述步驟(2)中充電區(qū)域的劃分按照以下步驟進(jìn)行：

(4a)、在無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為N，每個移動機(jī)器人負(fù)責(zé)充電的節(jié)點(diǎn)數(shù)為50≤M＜80，系統(tǒng)劃分的區(qū)域數(shù)為K，有

(4b)、得到所有節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)建立后十分鐘內(nèi)的能量消耗速度的方差δ，當(dāng)δ>1.2，選擇作為網(wǎng)絡(luò)劃分的區(qū)域數(shù)；當(dāng)δ<1.2，選擇作為網(wǎng)絡(luò)劃分的區(qū)域數(shù)；

(4c)、得到對應(yīng)的K值，并配置K個移動機(jī)器人。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線充電傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中移動機(jī)器人的充電方法，其特征在于所述步驟(3)充電的過程具體如下：

(5a)、根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量B，節(jié)點(diǎn)從開始工作后能量的平均消耗速度為節(jié)點(diǎn)維持正常工作的能量水平為B₁，得到待充電時限為(5b)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)相對基站的位置為(L₁，L₂，L₃…)，所有節(jié)點(diǎn)的待充電時限為(t₁，t₂，t₃…)，得到所有節(jié)點(diǎn)位置與充電時限進(jìn)行映射，并根據(jù)充電時限的大小進(jìn)行由小到大的排序，得到充電時限最小的節(jié)點(diǎn)的映射為(L_n,t_min)，移動機(jī)器人的移動速度為v，移動機(jī)器人到達(dá)時間時，開始啟動移動機(jī)器人充電功能，開始移動為傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電；

移動機(jī)器人移動第一次的損耗為e₁，為第一個節(jié)點(diǎn)充電的消耗為E₁，機(jī)器人當(dāng)前剩余能量為B_m，機(jī)器人為節(jié)點(diǎn)充電的損耗為(E₁，E₂，E₃…)，機(jī)器人在去為節(jié)點(diǎn)充電的過程中，移動中得損耗為(e₁，e₂，e₃…)，得到完成一輪充電的消耗為E_loss＝(E₁+e₁)+(E₂+e₂)+(E₃+e₃)…；

(5c)、對充電特征分析集(L，P，B，V)中的因素進(jìn)行正反關(guān)系分析，L代表節(jié)點(diǎn)距離基站的相對位置，得到節(jié)點(diǎn)的充電特征值，充電特征值與充電特征分析集的關(guān)系為val為充電的急迫程度值，值越大，充電的急迫程度越高；

對應(yīng)節(jié)點(diǎn)編號，則有val值集合(val₁，val₂，val₃…),得到充電列表，其中充電列表第一列為val值的編號，后面四列分別為(V，P，L，B)；

對充電列表進(jìn)行操作：

篩選出列表中節(jié)點(diǎn)能量B<20％E的節(jié)點(diǎn)，得到相應(yīng)的集合，其中E為節(jié)點(diǎn)的電池容量大?。?/p>

在該集合中對集合的所有元素的V,P值進(jìn)行相乘，根據(jù)由大到小的順序進(jìn)行排序，得到充電的先后順序，然后根據(jù)L的值，進(jìn)行路徑由近及遠(yuǎn)，再由遠(yuǎn)及近的路徑規(guī)劃，得到一個封閉路徑，所述封閉路徑算法如下所示：

節(jié)點(diǎn)當(dāng)前能量值為E，移動機(jī)器人完成一次回環(huán)路徑充電的移動時間和充電時間稱為一個周期T，節(jié)點(diǎn)充電飽和度為2.2VT+E，得到為每個節(jié)點(diǎn)充電的能量損耗e＝2.2VT,e為一次移動過程中的損耗，η為機(jī)器人為節(jié)點(diǎn)充電的效率；路徑為(l₁+l₂+l₃…+l_n)，由此得到充電的總損耗E_loss，機(jī)器人的能量為E_robot，當(dāng)有E_loss＜0.95E_robot，根據(jù)封閉路徑算法的結(jié)果開始為節(jié)點(diǎn)充電。