[发明专利]一种基于博弈论的在线协同无线充电方法

权利要求书

1.一种基于博弈论的在线协同无线充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：计算机器人的充电成本，包括充电量和移动电量；

S2：建立机器人与传感器的能耗模型；

S3：优化机器人的充电效率；

所述步骤S2的具体过程是：

对于机器人而言，为了防止因电量过低而导致的突发意外，限制每个机器人在一个充电周期即T个时间步中，至多消耗其总电量E的比例为δ_m，即有式(3)：

其中，表示时间步t时机器人m_j的充电量，表示时间步t时机器人m_j的移动电量；

对于传感器而言，记传感器s_i在时间步的能耗为假设在一个时间步内能耗相对固定，因此传感器在相邻时间步之间的剩余电量满足关系式(4)：

其中，表示在时间步t，充电机器人m_j是否选择传感器s_i作为充电对象，表示传感器在单个时间步内的耗电量，求和部分表示其在当前时间步所接收的无线充电量，同机器人，限制传感器在任何时刻电量不得低于预设的阈值，低于阈值时进入睡眠状态，即满足式(5)：

2.根据权利要求1所述的基于博弈论的在线协同无线充电方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程是：

计算机器人的充电成本，包括充电量和移动电量，充电量表示充电机器人用于给传感器充电部分的电量成本，移动电量表示充电机器人在移动过程中的电量成本，记时间步t时机器人m_j的充电量为移动电量为

其中c_j表示机器人的充电功率，即c_jl表示机器人在一个时间步内能传输的最大电量，表示机器人m_j与传感器s_j在时间步t的距离，d_u表示机器人在一个时间步内能移动的最大距离，v为移动速度，p_m为机器人在移动时的能耗；式(1)表示当机器人在当前时间步内无法到达目标传感器时，则充电量为0，并假设只有到达传感器所在的位置才开始执行充电任务；式(2)根据机器人实际移动的距离计算移动电量；来表示在时间步t，充电机器人m_j是否选择传感器s_i作为充电对象，

3.根据权利要求1所述的基于博弈论的在线协同无线充电方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程是：

定义机器人m_j在一个充电周期中的充电效率为U(m_j)，其满足关系式(6)，即充电量与充电成本的比值：

从而所有机器人的总体充电效率定义为式(7)：

4.根据权利要求3所述的基于博弈论的在线协同无线充电方法，其特征在于，对公式(7)进行优化：

1)、每个充电机器人m_j获取观测半径R^max范围内的传感器信息，计算收益，各自选择收益最高的传感器i′执行充电任务，记

2)、检查步骤1)给出的决策是否有冲突，若有，根据帕累托原则进行调整；

3)、对于每个充电任务，在每个时间步记录充电量与移动电量用于计算充电效率；

4)、每个充电任务结束时，检查对应的充电机器人是否还有足够的剩余电量，若机器人电量低于阈值，则机器人返回充电桩；否则，回到步骤1)。

5.根据权利要求4所述的基于博弈论的在线协同无线充电方法，其特征在于，限定观测半径，以及根据收益做出充电决策；限定观测半径使得每个机器人能够将注意力集中在局部的突变上，应对网络的随机性与动态变化，而收益的计算使得机器人在大多数情况下都能做出最有利的决策，收益的计算方式如式(8)：

其中t′表示机器人m_j完成对传感器s_i的充电任务时对应的时间步，注意到t′的获得并不直观，因为收益p(j,i)是需要实时计算而需要等待网络实际运行才可知；用即传感器在时间步t电量离电池容量的差值，作为的估值。