医疗方舱移动平台定位纠偏方法与流程

1.本发明属于医疗方舱自动化技术，具体涉及一种医疗方舱移动平台定位纠偏方法。


背景技术：

2.医疗方舱是针对出现疫情的情况下对涉疫人员进行统一隔离观察和救治的一种疫情处置手段，常见形式包括有车载医疗方舱和固定式方舱医院。车载医疗方舱在缓解医疗应急需求(如用于疫情移动采样或者移动注射疫苗等)，弥补农村偏远地区医疗资源不足等方面，具有不可替代的作用；固定式方舱医院通过在合适的场地临时搭建形成，主要可用于涉疫人员的隔离观察和确诊人员的集中救治。
3.医疗方舱在处理大规模疫情时，由于方舱不能随意进出，在方舱内医护人员有限的情况下，在对医疗方舱内的医疗资源进行调配的过程中，提出了一种采用自行走移动平台来自动化转移调配医疗资源的方案，医疗方舱内部采用的是固定分区的处理区域，通过自行走移动小车装载医疗资源并通过设定的移动路径转运到需要的区域。在实际的方舱医疗护理过程中，需要移动平台能够准确地到达该区域内的目标指定位置，并且按照适合医护人员操作的位置、角度精确定位，但目前移动平台导航只能够将平台导航到目标区域，移动平台移动到目标区域后不能进行位置和角度的精准定位和纠偏，因此经常还需要医护人员再次对自行走移动平台进行手动调整，增加了医护人员的劳动量，降低了医疗资源自动调配的效率。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：针对现有医疗移动平台在医疗方舱内部不能够准确定位的问题，提供一种医疗方舱移动平台定位纠偏方法。
5.本发明采用如下技术方案实现：
6.医疗方舱移动平台定位纠偏方法，所述移动平台移动至医疗方舱目标区域，所述移动平台在目标区域地板上具有旋转自由度和平移自由度，所述目标区域的地板上设有至少一个定位点以及围绕定位点阵列排布的若干感应标识，以所述移动平台的旋转中心为移动平台的定位基准，所述移动平台移动至旋转中心与目标定位点对齐；
7.在移动平台移动定位过程中，以所述目标区域地板建立x
‑
y平面坐标系，已知所述定位点以及感应标识在x
‑
y坐标系中的坐标值，围绕所述移动平台的旋转中心设有至少两组检测感应标识的感应单元，两组不同感应单元随移动平台旋转感应至少两组不同感应标识，计算出移动平台旋转中心的实时位置坐标，并与目标定位点坐标比较，得到移动平台移动至旋转中心与目标定位点对齐的移动余量，控制移动平台按移动余量移动至目标定位点。
8.根据权利要求1所述的医疗方舱移动平台定位纠偏方法，
9.在本发明医疗方舱移动平台定位纠偏方法中，优选的，所述感应单元分布在以旋
转中心为极点的极坐标系四个相位角上，并且每个感应单元相对极点的极坐标均不相同。
10.在本发明医疗方舱移动平台定位纠偏方法中，优选的，所述感应单元为六组，在所述感应单元检测感应标识过程中，分为感应单元同时检测到感应标识和感应单元先后检测到感应标识两种检测方式，在所述两种检测方式中，所述移动平台旋转中心与感应单元有三种位置关系：
11.位置关系一，所述移动平台旋转中心位于两组感应单元之间，且位于同一直线上；
12.位置关系二，所述移动平台旋转中心位于两组感应单元一侧，且位于同一直线上；
13.位置关系三，所述移动平台旋转中心分别与两组感应单元的连线之间相互垂直。
14.在本发明医疗方舱移动平台定位纠偏方法中，进一步的，定义两组感应单元分别检测到的两组感应标识的坐标分别为(x1，y1)和(x2，y2)，所述移动平台旋转中心的实时位置坐标为(x，y)。
15.当感应单元同时检测到感应标识时：
16.位置关系一对应的移动平台旋转中心的实时位置坐标通过以下公式计算：
[0017][0018][0019]
位置关系二对应的移动平台旋转中心的实时位置坐标通过以下公式计算：
[0020][0021][0022]
位置关系三对应的移动平台旋转中心的实时位置坐标通过以下公式计算：
[0023]
(x1‑
x)2 (y1‑
y)2＝r
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)，
[0024]
(x2‑
x)2 (y2‑
y)2＝r
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)，
[0025]
当感应单元先后检测到感应标识时：
[0026]
以上三种位置关系对应的移动平台旋转中心的实时位置坐标均由公式(5)和公式(6)计算。
[0027]
其中，r1和r2分别为两组感应单元相对移动平台旋转中心的旋转半径。
[0028]
在本发明医疗方舱移动平台定位纠偏方法中，优选的，建立所述移动平台旋转中心位置坐标与两组感应单元检测感应标识时的位置坐标之间的位置矢量，通过对比两个位置矢量之间的位置关系来判定移动平台旋转中心唯一的位置坐标值。
[0029]
在本发明医疗方舱移动平台定位纠偏方法中，优选的，优先选取旋转半径最大的两组感应单元检测的感应标识。
[0030]
在本发明医疗方舱移动平台定位纠偏方法中，进一步的，所述移动平台旋转检测到第二组感应标识后，通过以下公式计算出移动平台的实时方位角度α，
[0031]
[0032]
通过公式(7)计算得到的移动平台的实时方位角度α只是一个数值，仍需通过确定所述实时方位角度α在以所述移动平台旋转中心为原点建立起的局部坐标系中的象限位置来判定所述移动平台的具体方位。
[0033]
将α与移动平台的目标姿态角度进行比较，得出移动平台需要纠正偏转的角度差，控制移动平台转动角度差调整至目标姿态角度。
[0034]
在本发明医疗方舱移动平台定位纠偏方法中，进一步的，通过公式(7)、公式(8)、公式(9)和公式(10)验算所述移动平台旋转中心的实时位置坐标(x，y)的准确性，
[0035][0036]
当感应单元同时检测到感应标识时：
[0037]
位置关系一和位置关系二对应的方位角度与移动平台转动角度之间的关系如公式(9)所示：
[0038]
γ θ＝α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)，
[0039]
位置关系三对应的方位角度与移动平台转动角度之间的关系如公式(10)所示：
[0040][0041]
其中，γ为移动平台在检测第一组感应标识时的移动平台实时方位角度，θ为移动平台旋转检测到两组感应标识之间转动的角度，可由移动平台的角度传感器测量；
[0042]
当感应单元先后检测到感应标识时：
[0043]
三种位置关系对应的方位角度与移动平台转动角度之间的关系与感应单元同时检测到感应标识时相同。
[0044]
在本发明医疗方舱移动平台定位纠偏方法中，优选的，如果计算得到的误差在3
°
以内，则控制移动平台按照计算结果进行纠偏移动和旋转；
[0045]
如果计算得到的误差超过3
°
，则控制移动平台继续旋转检测两组新的感应单元进行计算，直至验算后误差在3
°
以内。
[0046]
本发明具有如下有益效果：
[0047]
(1)本发明的医疗方舱移动平台定位纠偏方法通过移动平台移动到方舱目标区域后，对目标区域的感应标识进行感应识别，利用位置参数固定的感应标识计算出移动平台的实时位置参数，然后与目标定位点的位置参数比对计算出需要剩下的移动余量，并控制移动平台实现精确移动定位。
[0048]
(2)本发明的医疗方舱移动平台定位纠偏方法通过控制移动平台进行旋转识别两组以上的感应标识，并设定移动平台的旋转中心为移动平台的定位基准，再利用感应标识的位置参数与移动平台旋转中心之间的坐标几何关系，计算出移动平台的实时姿态方位角度，通过与移动平台移动到定位点的目标姿态角度进行比对，计算出移动平台需要调整纠正的偏转角度，控制移动平台按照设定的姿态角度移动定位。
[0049]
(3)本发明的医疗方舱移动平台定位纠偏方法还利用偏转角度和不同感应标识位置参数的几何关系对得到的移动平台位置参数的准确性进行验算，进而提高了移动平台定位的精准性。
[0050]
(4)本发明通过对在医疗方舱地板移动的自行走移动平台进行定位纠偏，将移动平台存储的医疗资源移动分配到医疗方舱的各个区域，通过移动平台的调度系统实现医疗资源的统一自动调配，提升了解决医疗方舱内部空间使用效率及医务人员医疗服务作业效率的能力，移动平台能够准确定位，减少了医务人员人工移动医疗资源的劳动量，提高了医疗方舱的医疗工作效率。
[0051]
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
[0052]
图1为实施例中移动平台进入医疗方舱目标区域示意图。
[0053]
图2为实施例中移动平台上所有感应单元在旋转中心对齐其中一个感应标识状态下的旋转感应示意图。
[0054]
图3为实施例中移动平台上所有感应单元在旋转中心位于两个感应标识之间状态下的旋转感应示意图。
[0055]
图4为实施例中移动平台上所有感应单元在旋转中心位于四个感应标识状态下的旋转感应示意图。
[0056]
图5为实施例中移动平台旋转感应的两组感应标识与移动平台旋转中心的几何关系示意图。
[0057]
图6为实施例中组合2
‑
1对应移动平台旋转感应的两组感应标识与移动平台旋转中心的位置关系示意图。
[0058]
图7为本实施例的医疗方舱移动平台定位纠偏方法的流程示意图。
[0059]
图8为实施例中组合1
‑
1对应移动平台同时感应的两组感应标识与移动平台旋转中心的位置关系示意图。
[0060]
图9为实施例中组合1
‑
2对应移动平台同时感应的两组感应标识与移动平台旋转中心的位置关系示意图。
[0061]
图10为实施例中组合1
‑
3对应移动平台同时感应的两组感应标识与移动平台旋转中心的位置关系示意图。
[0062]
图11为实施例中组合2
‑
2对应移动平台旋转感应的两组感应标识与移动平台旋转中心的位置关系示意图。
[0063]
图12为实施例中组合2
‑
3对应移动平台旋转感应的两组感应标识与移动平台旋转中心的位置关系示意图。
[0064]
图中标号：1、1’、1
”‑
移动平台，101
‑
旋转中心，100
‑
感应圆环，11
‑
第一感应单元，12
‑
第二感应单元，13
‑
第三感应单元，14
‑
第四感应单元，15
‑
第五感应单元，16
‑
第六感应单元，2
‑
感应标识，3
‑
定位点，
ⅰ‑
局部坐标系x轴，ii
‑
局部坐标系y轴。
具体实施方式
[0065]
实施例
[0066]
本实施例为对本发明的医疗方舱移动平台定位纠偏方法的具体展开说明。
[0067]
如图1所示，移动平台1通过预设导航路线移动进入到医疗方舱的目标区域，移动平台1在医疗方舱的地板上具有旋转自由度和平移自由度，通过其设置的行走系统实现平
移自由度，通过其设置的转向系统实现原地旋转自由度，目标区域的地板上设有至少一个定位点3以及围绕定位点3阵列排布的若干感应标识2，图示中的感应标识按照纵向和横向等距排列分布，定位点3独立于感应标识2设置，也可以与其中任意的感应标识2重合设置，本实施例以移动平台1的旋转中心101为移动平台的定位基准，移动平台1的旋转自由度是以该旋转中心101为轴进行的转动，移动进入目标区域的移动平台移动至旋转中心与目标定位点对齐，即实现移动平台1在医疗方舱目标区域的精准定位移动。
[0068]
本实施例针对移动平台1在目标区域内进行定位纠偏的基本思路如下，在方舱的目标区域地板上规则地布置若干个感应标识2，每个标识对应一个坐标位置点。移动平台1驶入目标区域后，移动平台1原地旋转，通过其上设置的感应单元采集感应标识的位置信号，至少采集到两个及以上的感应标识信号，则移动平台的调度系统可根据采集到的任意两个感应标识对应的位置坐标，并根据传感器在移动平台上的几何位置关系，计算出移动平台的位置坐标和具体方位；若传感器采集不到或采集到的信号低于两个，则移动平台原地持续旋转，直到采集到两个及以上信号为止，调度系统根据采集到的数据信号和移动平台的转动角度亦可计算出移动平台的位置坐标和具体方位。位置和方位确定之后，调度系统根据目标定位点的位置参数和目标姿态角度计算移动余量后，发出指令对移动平台的位置和方位进行修正，控制移动平台1实现准确定位移动到目标定位点。
[0069]
感应标识2采用光电标识和条码标识，感应单元采用光电传感器和扫描传感器来分别识别光电标识和条码标识，以防止因其中一种标识损坏导致检测信号缺失，影响移动平台位置检测的可靠性。关于移动平台1上的感应单元的具体布置方案参见图2、图3和图4，在移动平台1的旋转中心外围设有六组感应单元，分别为第一感应单元11、第二感应单元12、第三感应单元13、第四感应单元14、第五感应单元15和第六感应单元16。
[0070]
为保证移动平台1通过旋转在任意位置上均可采集到两个及以上信号，本实施例对移动平台底部六个感应单元的安装位置进行了优化设计，六个感应单元分布在以移动平台旋转中心101为极点的极坐标系四个相位角上，即以旋转中心101为圆心，最远距离的感应单元为半径做圆，所有感应单元分布在该圆的两组垂直直径上，并且每个感应单元相对极点的极坐标均不相同，这样，移动平台1旋转一周，相对旋转中心101的旋转半径较小的第一感应单元11和第二感应单元12随移动平台旋转形成内部的感应圆环100，相对旋转中心101的旋转半径较大的第三感应单元13、第四感应单元14、第五感应单元15和第六感应单元16随移动平台旋转形成外部的感应圆环100。
[0071]
当移动平台1的旋转中心位于图2所示位置时，旋转中心101与地面任意一个感应标识同心对齐，此时第一感应单元11和第二感应单元12构成的内部感应圆环覆盖了四个完整的感应标识，外部感应圆环覆盖了十二个完整的感应标识，在该位置上，移动平台1旋转一周，六个感应单元至少可采集到十六个感应标识的位置信号，所采集信号可准确完成移动平台的定位；
[0072]
当移动平台1的旋转中心位于图3所示位置时，旋转中心101位于两个感应标识中间，此时，第一感应单元11和第二感应单元12的内部感应圆环覆盖了四个近一半的感应标识，外部感应圆环覆盖了四个完整的感应标识和八个不完整的感应标识，感应标识的截面积要大于感应单元的感应范围，因此感应单元可以检测到部分感应标识，在该位置上，移动平台1旋转一周，六个感应单元至少可采集到十六个感应标识的位置信号，所采集信号亦可
准确完成移动平台的定位；
[0073]
当移动平台1的旋转中心位于图4所示位置时，旋转中心101位于四个感应标识中间，此时，由第一感应单元11和第二感应单元12形成的内部感应圆环没有感应标识，但外部感应圆环覆盖了四个完整的感应标识，在该位置上，移动平台旋转一周，六个感应单元至少可采集到四个感应标识的位置信号，所采集信号亦可准确完成移动平台的定位。
[0074]
通过对移动平台1在三种特殊位置上可采集到的信号进行分析，图2所示情况中的内外感应圆环覆盖的感应标识最多、最完整，图4所示情况中的内外感应圆环覆盖的感应标识最少，当移动平台位于其他位置时，内部和外部感应圆环覆盖的感应标识数量和完整性介于第一种和第三种情况之间，在实际应用中，优先选取旋转半径最大的两组感应单元检测的感应标识进行计算，当外部感应圆环没有能够覆盖感应标识的情况下，再考虑选用内部感应圆环覆盖的感应标识。由此可知，通过本实施例采用的感应单元布置方案，可确保移动平台在任意位置都可采集到足够信号，以完成移动平台最后的位置修正。
[0075]
参见图5，移动平台1’在目标区域移动定位过程中，以所述目标区域地板建立x
‑
y平面坐标系，已知所述定位点以及感应标识在x
‑
y坐标系中的坐标值，围绕所述移动平台的旋转中心设有至少两组检测感应标识的感应单元，两组不同感应单元随移动平台旋转检测两组不同的感应标识，计算出移动平台旋转中心的实时位置坐标，并与目标定位点坐标比较，得到移动平台移动至旋转中心与目标定位点对齐的移动余量，控制移动平台按移动余量移动至目标定位点。
[0076]
具体如图5所示，移动平台1’通过第四感应单元14感应到第一组感应标识后，获取该被检测感应标识的坐标为(x1，y1)，旋转一定角度后的移动平台1”通过第六感应单元16感应到第二组感应标识后，获取该被检测感应标识的坐标为(x2，y2)，则移动平台的旋转中心101的实时位置坐标(x，y)通过以下公式计算：
[0077]
(x1‑
x)2 (y1‑
y)2＝r
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)，
[0078]
(x2‑
x)2 (y2‑
y)2＝r
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)，
[0079]
其中，r1和r2分别为第四感应单元14和第六感应单元16到移动平台旋转中心的旋转半径。
[0080]
因公式(1)和公式(2)对应方程没有唯一解，计算得到的移动平台1的旋转中心101位置坐标有(x,y)和(x’,y’)两种，如图6所示，为找到所述移动平台在目标区域内的正确位置，需根据移动平台上的感应单元与旋转中心的相对位置来判定，判定方法如下：以所述移动平台旋转中心(x,y)为原点，旋转中心位置坐标点和第二组感应单元转动前的位置坐标点(x2’
，y2’
)形成的矢量沿顺时针转动θ角后，与旋转中心位置坐标点和第二组感应标识的位置坐标点(x2，y2)形成的矢量方向相同，则判定(x,y)为所述移动平台旋转中心的正确位置坐标；若以所述移动平台旋转中心(x’,y’)为原点时，旋转中心位置坐标点和第二组感应单元转动前的位置坐标点(x
2”，y
2”)形成的矢量沿逆时针转动θ角后，方能与旋转中心位置坐标点和第二组感应标识的位置坐标点形成的矢量方向相同，则判定(x’,y’)为无效位置坐标。
[0081]
计算得到移动平台旋转中心的实时位置坐标后，在x
‑
y坐标系中计算移动平台实时位置坐标的x坐标和y坐标分别与目标定位点的差值，即可得到移动平台的移动余量。
[0082]
在通过公式(1)和公式(2)计算出移动平台的旋转中心位置坐标后，按照图5中所
示的几何关系，通过以下公式计算出移动平台在检测到第二组感应标识的实时方位角度α，
[0083][0084]
通过公式(3)计算得到的移动平台的实时方位角度α只是一个数值，仍需通过确定所述实时方位角度α在以所述移动平台旋转中心为原点建立起的局部坐标系中的象限位置来判定所述移动平台的具体方位，判定方法如下：
[0085]
若x2≥x,y2＞y，则方位角度α位于局部坐标系的第一象限或 y轴；
[0086]
若x2＜x,y2≥y，则方位角度α位于局部坐标系的第二象限或
‑
x轴；
[0087]
若x2≤x,y2＜y，则方位角度α位于局部坐标系的第三象限或
‑
y轴；
[0088]
若x2＞x,y2≤y则方位角度α位于局部坐标系的第四象限或 x轴。
[0089]
将α与移动平台的目标姿态角度进行比较，得出移动平台需要纠正偏转的角度差，控制移动平台转动角度差调整至目标姿态角度。
[0090]
此时已经计算得出了移动平台1移动到目标定位点所需要的移动余量以及修正角度，为了验证该结果的精确性，结合图5中的几何关系，通过公式(3)、公式(4)和公式(5)验算旋转中心的实时位置坐标(x，y)的准确性，
[0091][0092]
γ θ＝α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)，
[0093]
其中，γ为移动平台在检测第一组感应标识时的移动平台实时方位角度，θ为移动平台旋转检测到两组感应标识之间转动的角度，可由移动平台的角度传感器测量。
[0094]
如图7中的流程所示，移动平台的调度系统利用移动平台检测到两组感应标识时计算出来的实时方位角度α和γ，与移动平台的调度系统检测到的移动平台在检测两组感应标识之间的转角θ进行验算，如果验算得到的误差在3
°
以内，则认为移动平台此时的位置和角度参数准确，可以按照计算结果控制移动平台进行纠偏移动和旋转；如果计算得到的误差超过3
°
，则控制移动平台继续原地旋转重新检测两组感应单元重新按照上述方法进行计算，直至验算后误差在3
°
以内。
[0095]
在所述感应单元检测感应标识过程中，分为感应单元同时检测到感应标识(检测方式1)和感应单元先后检测到感应标识(检测方式2，感应单元检测到第一组感应标识后，所述移动平台绕旋转中心转动一个角度后再检测到第二组感应标识)两种检测方式，在所述检测方式中，所述移动平台旋转中心与感应单元有三种位置关系：位置关系一，所述移动平台旋转中心位于两组感应单元之间，且位于同一直线上；位置关系二，所述移动平台旋转中心位于两组感应单元一侧，且位于同一直线上；位置关系三，所述移动平台旋转中心与两组感应单元之间的连线相互垂直。根据上述细分情况，两组感应单元检测两组感应标识有以下六种组合方式：
[0096]
组合1
‑
1：检测方式1 位置关系一，如图8所示，
[0097]
组合1
‑
2：检测方式1 位置关系二，如图9所示，
[0098]
组合1
‑
3：检测方式1 位置关系三，如图10所示，
[0099]
组合2
‑
1：检测方式2 位置关系一，如图5和图6所示，
[0100]
组合2
‑
2：检测方式2 位置关系二，如图11所示，
[0101]
组合2
‑
3：检测方式2 位置关系三，如图12所示。
[0102]
关于本实施例其他几种组合与组合2
‑
1对应的方法相同，在此不再赘述，仅将各种组合对应的定位与纠偏公式及图示列出说明。
[0103]
所述移动平台的旋转中心的实时位置坐标(x，y)计算：
[0104]
对于组合1
‑
1可用以下公式：
[0105][0106][0107]
对于组合1
‑
2可用以下公式：
[0108][0109][0110]
对于组合1
‑
3、组合2
‑
2和组合2
‑
3，均可由公式(1)和公式(2)计算，且组合2
‑
2和组合2
‑
3对应的所述移动平台旋转中心的正确位置坐标判定方法与组合2
‑
1相同，而组合1
‑
3对应的所述移动平台旋转中心的正确位置坐标判定方法如下：以所述移动平台旋转中心位置坐标点(x,y)为原点，旋转中心位置坐标点和第一组感应标识的位置坐标点(x1，y1)形成的矢量需经顺时针转动90
°
后，与旋转中心位置坐标点和第二组感应标识的位置坐标点(x2，y2)形成的矢量方向相同，则判定(x,y)为所述移动平台旋转中心的正确坐标位置，否则判定为无效位置坐标。
[0111]
所述移动平台的实时方位角度α计算：
[0112]
其他几种组合对应的所述移动平台的实时方位角度α及其所处象限位置的判定方法均与组合2
‑
1对应方法一致。
[0113]
所述移动平台的旋转中心的坐标位置及实时方位角度α的验算：
[0114]
其他几种组合对应的用于验算的实时方位角度α和γ的计算如公式(3)和公式(4)，组合1
‑
1、组合1
‑
2、组合2
‑
2的验算公式与组合2
‑
1相同，如公式(5)，组合1
‑
3、组合2
‑
3的验算公式如公式(10)：
[0115][0116]
以上，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。