[發明專利]一種快遞分揀背景下的機器人傳感器網絡能量補充方法

有效

• 申請號: 201711344665.4
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108282740B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 馮勇;鄒英華;王鋒;付曉東
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/38;H04W40/10;H04W84/18;H04B5/00;B25J19/00
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1.一種快遞分揀背景下的機器人傳感器網絡能量補充方法，其特征在于，包括以下步驟：

Step1：布置快遞自動分揀系統的機器人傳感器網絡環境：在m*m的區域Ω內布置N個快遞投放位置，1個快遞接收位置，N個機器人傳感器，一輛移動充電裝置，當機器人傳感器接收到包裹，掃描包裹上的位置二維碼，譯碼后符合機器人傳感器投遞包裹的位置時，便接收此包裹進行投遞，否則繼續掃描下一個包裹；當機器人傳感器投遞包裹后返回到快遞接收位置，重新接收包裹進行投遞；機器人傳感器在實現快遞面單的信息讀取、快遞路徑信息的記錄和跟蹤功能時消耗能量，此時可能會導致能量低于閾值并向移動充電裝置提出充電請求，移動充電裝置會收集機器人傳感器的位置和剩余能量信息；其中移動充電裝置的位置表示為C(x_c,y_c)，機器人傳感器的位置表示為S(x_s,y_s)，快遞投放位置表示為M(x_m,y_m)，快遞接收位置表示為O(x_o,y_o)，當機器人傳感器的狀態為0時，移動充電裝置與機器人傳感器相遇位置表示為E_δ(x_δ,y_δ)，其中：機器人傳感器的狀態為0指機器人傳感器接收到包裹向投放位置移動的狀態；當機器人傳感器的狀態為1時，移動充電裝置與機器人傳感器相遇位置表示為E_ε(x_ε,y_ε)，其中：機器人傳感器的狀態為1指機器人傳感器投遞完包裹返回快遞接收位置的移動狀態，當只有一個機器人傳感器提出充電請求時，移動充電裝置就會向與該機器人傳感器的相遇位置移動，給機器人傳感器補充能量；在這樣的網絡環境下，我們用Si表示機器人傳感器集合，其中下標i表示第i個機器人傳感器；

Step2：每過一個時間間隔τ，移動充電裝置會檢查是否有新的機器人傳感器提出充電請求或者是否有新的失效機器人傳感器出現，若發生上述情況，會重新對機器人傳感器得到能量補充的優先級從高到低進行排序,當有多個機器人傳感器提出充電請求時，會給優先級最高的機器人傳感器進行能量補充；

Step3：移動充電裝置向與機器人傳感器相遇的位置進行移動，進行能量補充；

Step4：直到網絡中失效機器人傳感器達到設定的數目，此時將結束整個網絡的充電過程，否則循環重復Step1、Step2、Step3；

實現Step1的具體步驟如下：

Step1.1、首先判斷機器人傳感器的狀態為0還是為1；

Step1.2、當機器人傳感器的狀態為0時，得到移動充電裝置、提出充電請求的機器人傳感器、快遞投放位置之間的夾角為α，α滿足：

其中L_CS表示移動充電裝置和機器人傳感器之間的歐幾里得距離；L_MS表示快遞投放位置和機器人傳感器之間的歐幾里得距離；L_CM表示移動充電裝置和快遞投放位置之間的歐幾里得距離；

當機器人傳感器的狀態為1時，得到移動充電裝置、提出充電請求的機器人傳感器、快遞接收位置之間的夾角為β，β滿足：

其中L_OS表示快遞接收位置和機器人傳感器之間的歐幾里得距離；L_CO表示移動充電裝置和快遞接收位置之間的歐幾里得距離；

Step1.3、此時根據公式1和5可以計算出移動充電裝置和提出充電請求的機器人傳感器相遇所需要的時間；

當機器人傳感器的狀態為0時，移動充電裝置和提出充電請求的機器人傳感器相遇所需要的時間為：

其中v_s代表機器人傳感器的移動速度；v_c代表移動充電裝置的移動速度(v_c>v_s)；

當機器人傳感器的狀態為1時，移動充電裝置和提出充電請求的機器人傳感器相遇所需要的時間為：

Step1.4、根據公式8和9可以得到移動充電裝置和提出充電請求的機器人傳感器相遇的位置；

當機器人傳感器的狀態為0時，移動充電裝置與機器人傳感器的相遇位置為：

x_δ＝x_s+cosδv_sT_α (10)

y_δ＝y_s+sinδv_sT_α (11)

其中由可以得到機器人傳感器狀態為0時的移動方向；

當機器人傳感器的狀態為1時，移動充電裝置與機器人傳感器的相遇位置為：

x_ε＝x_s+cosεv_sT_β (12)

y_ε＝y_s+sinεv_sT_β (13)

其中由可以得到機器人傳感器狀態為1時的移動方向；

此時移動充電裝置會向相遇位置E_δ(x_δ,y_δ)或E_ε(x_ε,y_ε)移動，與機器人傳感器會合，進而補充能量；

實現Step2的具體步驟如下：

Step2.1、如果有多個機器人傳感器提出充電請求，則依次將其加入到移動充電裝置的服務池中，計算服務池中多個機器人傳感器分別與移動充電裝置的相遇時間，將相遇時間從小到大對應的機器人傳感器排序；此時按序遍歷服務池中的機器人傳感器，若移動充電裝置與機器人傳感器的相遇時間大于其當前的生存時間，即移動充電裝置以最短的時間移動向與機器人傳感器的相遇位置依舊避免不了其死亡，則將該機器人傳感器從服務池中刪除；

其中tc為機器人傳感器提出充電請求時的時間，t為當前時間，E_residual為機器人傳感器的剩余能量，r_i為機器人傳感器i的能量消耗率；

Step2.2、判斷若給服務池中的任意一個機器人傳感器充電是否會導致其余機器人傳感器因等待時間過長而死亡，按照相遇時間從小到大的順序遍歷服務池中的機器人傳感器，若優先給當前機器人傳感器充電，預測將其余機器人傳感器作為下一個充電機器人傳感器時，其等待充電時間是否大于當前生存時間，若大于，則會導致其余機器人傳感器死亡，其中下一個充電機器人傳感器需要等待的時間為：

E_initial為機器人傳感器初始能量，c為充電速度，tm為給當前機器人傳感器充電完成到與下一個機器人傳感器相遇的時間，可以由公式(8)和(9)得到，接著遍歷服務池，直到給當前機器人傳感器充電不會導致其余任何一個機器人傳感器死亡，此時移動充電裝置向當前機器人傳感器的相遇位置移動，給其充電，在極端情況下，充電請求數量較多并且超過了移動充電裝置的服務能力時，遍歷完整個服務池都沒有符合條件的機器人傳感器，部分機器人傳感器能量耗盡則不可避免，此時移動充電裝置將移動向服務池中相遇時間最短的機器人傳感器，給其充電。

2.根據權利要求1所述的一種快遞分揀背景下的機器人傳感器網絡能量補充方法，其特征在于：實現Step3的具體步驟如下：

Step3.1、移動充電裝置會檢查是否已經到達相遇位置，若到達相遇位置，將會調整到繁忙狀態；若未到達相遇位置則繼續移動，狀態依舊為空閑狀態，此時若有優先級更高的機器人傳感器出現，則會發生搶斷；

Step3.2、當移動充電裝置到達相遇點后將降低速度與機器人傳感器同步移動，并給機器人傳感器進行能量補充，在此期間正在充電的機器人傳感器不能被搶斷，當充滿電時，移動充電裝置的狀態將被轉換為空閑狀態。