[发明专利]一种快递分拣背景下的机器人传感器网络能量补充方法

权利要求书

1.一种快递分拣背景下的机器人传感器网络能量补充方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：布置快递自动分拣系统的机器人传感器网络环境：在m*m的区域Ω内布置N个快递投放位置，1个快递接收位置，N个机器人传感器，一辆移动充电装置，当机器人传感器接收到包裹，扫描包裹上的位置二维码，译码后符合机器人传感器投递包裹的位置时，便接收此包裹进行投递，否则继续扫描下一个包裹；当机器人传感器投递包裹后返回到快递接收位置，重新接收包裹进行投递；机器人传感器在实现快递面单的信息读取、快递路径信息的记录和跟踪功能时消耗能量，此时可能会导致能量低于阈值并向移动充电装置提出充电请求，移动充电装置会收集机器人传感器的位置和剩余能量信息；其中移动充电装置的位置表示为C(x_c,y_c)，机器人传感器的位置表示为S(x_s,y_s)，快递投放位置表示为M(x_m,y_m)，快递接收位置表示为O(x_o,y_o)，当机器人传感器的状态为0时，移动充电装置与机器人传感器相遇位置表示为E_δ(x_δ,y_δ)，其中：机器人传感器的状态为0指机器人传感器接收到包裹向投放位置移动的状态；当机器人传感器的状态为1时，移动充电装置与机器人传感器相遇位置表示为E_ε(x_ε,y_ε)，其中：机器人传感器的状态为1指机器人传感器投递完包裹返回快递接收位置的移动状态，当只有一个机器人传感器提出充电请求时，移动充电装置就会向与该机器人传感器的相遇位置移动，给机器人传感器补充能量；在这样的网络环境下，我们用Si表示机器人传感器集合，其中下标i表示第i个机器人传感器；

Step2：每过一个时间间隔τ，移动充电装置会检查是否有新的机器人传感器提出充电请求或者是否有新的失效机器人传感器出现，若发生上述情况，会重新对机器人传感器得到能量补充的优先级从高到低进行排序,当有多个机器人传感器提出充电请求时，会给优先级最高的机器人传感器进行能量补充；

Step3：移动充电装置向与机器人传感器相遇的位置进行移动，进行能量补充；

Step4：直到网络中失效机器人传感器达到设定的数目，此时将结束整个网络的充电过程，否则循环重复Step1、Step2、Step3；

实现Step1的具体步骤如下：

Step1.1、首先判断机器人传感器的状态为0还是为1；

Step1.2、当机器人传感器的状态为0时，得到移动充电装置、提出充电请求的机器人传感器、快递投放位置之间的夹角为α，α满足：

其中L_CS表示移动充电装置和机器人传感器之间的欧几里得距离；L_MS表示快递投放位置和机器人传感器之间的欧几里得距离；L_CM表示移动充电装置和快递投放位置之间的欧几里得距离；

当机器人传感器的状态为1时，得到移动充电装置、提出充电请求的机器人传感器、快递接收位置之间的夹角为β，β满足：

其中L_OS表示快递接收位置和机器人传感器之间的欧几里得距离；L_CO表示移动充电装置和快递接收位置之间的欧几里得距离；

Step1.3、此时根据公式1和5可以计算出移动充电装置和提出充电请求的机器人传感器相遇所需要的时间；

当机器人传感器的状态为0时，移动充电装置和提出充电请求的机器人传感器相遇所需要的时间为：

其中v_s代表机器人传感器的移动速度；v_c代表移动充电装置的移动速度(v_c>v_s)；

当机器人传感器的状态为1时，移动充电装置和提出充电请求的机器人传感器相遇所需要的时间为：

Step1.4、根据公式8和9可以得到移动充电装置和提出充电请求的机器人传感器相遇的位置；

当机器人传感器的状态为0时，移动充电装置与机器人传感器的相遇位置为：

x_δ＝x_s+cosδv_sT_α (10)

y_δ＝y_s+sinδv_sT_α (11)

其中由可以得到机器人传感器状态为0时的移动方向；

当机器人传感器的状态为1时，移动充电装置与机器人传感器的相遇位置为：

x_ε＝x_s+cosεv_sT_β (12)

y_ε＝y_s+sinεv_sT_β (13)

其中由可以得到机器人传感器状态为1时的移动方向；

此时移动充电装置会向相遇位置E_δ(x_δ,y_δ)或E_ε(x_ε,y_ε)移动，与机器人传感器会合，进而补充能量；

实现Step2的具体步骤如下：

Step2.1、如果有多个机器人传感器提出充电请求，则依次将其加入到移动充电装置的服务池中，计算服务池中多个机器人传感器分别与移动充电装置的相遇时间，将相遇时间从小到大对应的机器人传感器排序；此时按序遍历服务池中的机器人传感器，若移动充电装置与机器人传感器的相遇时间大于其当前的生存时间，即移动充电装置以最短的时间移动向与机器人传感器的相遇位置依旧避免不了其死亡，则将该机器人传感器从服务池中删除；

其中tc为机器人传感器提出充电请求时的时间，t为当前时间，E_residual为机器人传感器的剩余能量，r_i为机器人传感器i的能量消耗率；

Step2.2、判断若给服务池中的任意一个机器人传感器充电是否会导致其余机器人传感器因等待时间过长而死亡，按照相遇时间从小到大的顺序遍历服务池中的机器人传感器，若优先给当前机器人传感器充电，预测将其余机器人传感器作为下一个充电机器人传感器时，其等待充电时间是否大于当前生存时间，若大于，则会导致其余机器人传感器死亡，其中下一个充电机器人传感器需要等待的时间为：

E_initial为机器人传感器初始能量，c为充电速度，tm为给当前机器人传感器充电完成到与下一个机器人传感器相遇的时间，可以由公式(8)和(9)得到，接着遍历服务池，直到给当前机器人传感器充电不会导致其余任何一个机器人传感器死亡，此时移动充电装置向当前机器人传感器的相遇位置移动，给其充电，在极端情况下，充电请求数量较多并且超过了移动充电装置的服务能力时，遍历完整个服务池都没有符合条件的机器人传感器，部分机器人传感器能量耗尽则不可避免，此时移动充电装置将移动向服务池中相遇时间最短的机器人传感器，给其充电。

2.根据权利要求1所述的一种快递分拣背景下的机器人传感器网络能量补充方法，其特征在于：实现Step3的具体步骤如下：

Step3.1、移动充电装置会检查是否已经到达相遇位置，若到达相遇位置，将会调整到繁忙状态；若未到达相遇位置则继续移动，状态依旧为空闲状态，此时若有优先级更高的机器人传感器出现，则会发生抢断；

Step3.2、当移动充电装置到达相遇点后将降低速度与机器人传感器同步移动，并给机器人传感器进行能量补充，在此期间正在充电的机器人传感器不能被抢断，当充满电时，移动充电装置的状态将被转换为空闲状态。