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专利号: 2020109160938
申请人: 华侨大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于移动机器人的工业现场数据采集路径规划方法,其特征在于:包括如下步骤,

S1、移动机器人获取工业现场的所有数据采集节点集合NS以及每个数据采集节点Ni的配置数据;

S2、移动机器人获取数据收集任务清单LIST,所述数据收集任务清单LIST包括多个数据收集任务Mission_i,每个数据收集任务Mission_i包括所要收集的数据采集节点集合;

S3、移动机器人接收需执行的数据收集任务Mission_i的收集指令;

S4、移动机器人根据当前执行的数据收集任务Mission_i,确定关键节点集合KNS;

S5、移动机器人根据关键节点集合KNS,计算数据采集路径,根据该数据采集路径进行移动并收集数据采集节点的数据,完成本数据收集任务Mission_i的执行;

步骤S5具体包括如下内容,

S51、判断当前执行的数据收集任务Mission_i的关键节点集合KNS所对应的最小生成树是否已经存在,若是,则执行步骤S55;若否,则执行步骤S52;

S52、判断当前执行的数据收集任务Mission_i的关键节点集合KNS所对应的距离矩阵D是否存在,若是,则执行步骤S54;若否,则执行步骤S53;

S53、初始化当前数据收集任务Mission_i的关键节点集合KNS所对应的距离矩阵D;

S54、利用当前执行的数据收集任务Mission_i的关键节点集合KNS的距离矩阵D,计算最小生成树T,并保存;

S55、移动机器人移动到最近的关键节点Nik,然后以Nik为根节点对最小生成树T进行遍历,得到数据采集路径;

S56、移动机器人按照获得的数据采集路径,按序逐个移动到路径上所有的关键节点,收集Mission_i={Ni1,Ni2,…,Nim}中各个数据采集节点的数据,得到数据集合DATASET,并记录移动距离;

S57、若移动机器人在记录移动距离时,发现数据采集路径上的相邻的采集节点Nii和采集节点Nij之间的实际移动距离不是距离矩阵D中的D(Nii,Nij),而是更长的路径Dij',则用Dij'更新距离矩阵D中的D(Nii,Nij),并删除之前保存的最小生成树T;

S58、移动机器人向用户发送DATASET,完成本数据收集任务Mission_i的执行。

2.根据权利要求1所述的基于移动机器人的工业现场数据采集路径规划方法,其特征在于:数据采集节点的配置数据包括数据采集节点的MAC地址、平面坐标和传输半径;步骤S1具体为,移动机器人在工业现场随机游走,并广播配置采集指令;接收到配置采集指令的数据采集节点向移动机器人发送其MAC地址ADDR、GPS经纬度坐标和无线传输模块型号MODEL;移动机器人将每个数据采集节点的GPS经纬度坐标转换为平面坐标(x,y),并通过无线传输模块型号MODEL查找产品参数数据库获取MODEL对应的数据传输半径R;最终获取工业现场的数据采集节点集合NS,NS包含多个数据采集节点,即NS={N1,N2,…,Nn};并获取每个数据采集节点Ni的配置数据Conf(Ni)={ADDRi,(xi,yi),Ri}。

3.根据权利要求1所述的基于移动机器人的工业现场数据采集路径规划方法,其特征在于:所述数据收集任务清单LIST包括多个数据收集任务Mission_i,即LIST={Mision_1,Mision_2,…,Mision_k};每个数据收集任务包括所要收集的数据采集节点集合,令数据收集任务Mission_i需要收集m个数据采集节点的数据,则Mission_i={Ni1,Ni2,…,Nim}。

4.根据权利要求1所述的基于移动机器人的工业现场数据采集路径规划方法,其特征在于:步骤S4具体包括如下内容,

S41、针对当前执行的数据收集任务Mission_i,查找数据收集任务清单LIST,获得数据收集任务Mission_i需要收集的数据采集节点集合Mission_i={Ni1,Ni2,…,Nim},并针对数据采集节点集合Mission_i中的每个采集节点Nii,计算其覆盖节点数CNii,并获取其覆盖节点集合Cover_Nii;

S42、选择覆盖节点数最大的采集节点Nik,作为关键节点放入关键节点集合KNS,KNS=KNS+{Nik},并从数据采集节点集合Mission_i中剔除该关键节点所覆盖的采集节点集合;

即Mission_i=Mission_i‑Cover_Nik;

S43、判断数据采集节点集合Mission_i是否为空集,若是,则进入步骤S5;若否,则返回步骤S2。

5.根据权利要求4所述的基于移动机器人的工业现场数据采集路径规划方法,其特征在于:采集节点的覆盖节点数为,以该采集节点为中心以该采集节点的数据传输半径为半径的圆内所包含的采集节点数量,包括该采集节点本身。

6.根据权利要求5所述的基于移动机器人的工业现场数据采集路径规划方法,其特征在于:获取数据采集节点集合Mission_i中每个采集节点Nii的覆盖节点数CNii和覆盖节点集合Cover_Nii的具体方法为,

A1、初始化采集节点Nii的覆盖节点数CNii和覆盖节点集合Cover_Nii;令CNii=0,Cover_Nii={Nii};采集节点Nii的平面坐标为(xi,yi);

A2、查找步骤S1所收集的所有数据采集节点的配置数据,从而获得数据采集节点集合Mission_i中的其他采集节点Nij的平面坐标为(xj,yj);

A3、根据采集节点Nii的坐标和采集节点Nij的坐标,若|xj‑xi|≤R且|yj‑yi|≤R,则计算采集节点Nii和采集节点Nij的欧式距离Dij;其中,R为采集节点Nii的数据传输半径;

A4、若Dij<R,则CNii=CNii+1,Cover_Nii=Cover_Nii∪{Nij}。

7.根据权利要求1所述的基于移动机器人的工业现场数据采集路径规划方法,其特征在于:步骤S53中,初始化当前数据收集任务Mission_i的关键节点集合KNS所对应的距离矩阵D具体为,对于任意的采集节点Nii和采集节点Nij属于关键节点集合KNS,则将距离矩阵D中的采集节点Nii和采集节点Nij之间的距离D(Nii,Nij)赋值为Dij;其中,Dij为采集节点Nii和采集节点Nij的欧式距离。

8.根据权利要求1所述的基于移动机器人的工业现场数据采集路径规划方法,其特征在于:步骤S55中,以Nik为根节点对最小生成树T进行遍历,得到数据采集路径具体为,依次通过访问根节点→前序遍历右子树→前序遍历左子树,完成对最小生成树T的遍历;遍历过程中,以某一节点为根节点开始前序遍历,遍历出的所有节点即组成顶点表L,将顶点表L中包含的各个顶点依次连接起来,即可获取数据采集路径;此过程中,移动机器人无需回到原来的位置。