CN108324442A - 一种轨道路径上的装置的定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

一种轨道路径上的装置的定位系统及定位方法，包括装置本体、安装在装置本体上的图像采集器、与图像采集器连接的处理器、与处理器连接的存储器、与处理器连接的输入设备、沿路径均布的图形标记、路径地图存储步骤、路径地图与图形标记关联步骤、相对起点录入步骤、方向识别步骤、计数步骤、距离计算及定位步骤、相对起点覆盖步骤、相对起点重置步骤。本发明涉及位置识别确定领域，采用在轨道路径上均布有向的图形标记，配合轨道上移动装置携带的图像采集设备对图形标记进行方向识别和计数，在确定好相对起点的情况下，即可得到装置相对于相对起点的位置和方向，实现定位。

Description

一种轨道路径上的装置的定位系统及定位方法

技术领域

本发明涉及位置识别确定领域，具体涉及一种轨道路径上的装置的定位系统及定位方法。

背景技术

位置的识别及确定，通俗来说就是对运动中的装置或物体进行定位。在有轨式搬运流水线、运输线、生产线、轨道车辆、轨道式玩具等领域，都对装置或物体在轨道上的位置确定有较大的需求，这里所述的轨道可以是有机械物理约束的轨道，也可以是无机械物理约束、由平面的图案或线条组成的轨道。

轨道规模可大可小，大规模长距离的户外轨道可采用GPS定位系统进行粗略的定位，小规模的轨道或者室内轨道通常无法使用GPS。在这种情况下，目前轨道中物体的定位常用的方法是使用位置传感器，例如霍尔传感器。这种定位方式的原理是，在轨道上需要的位置安装有位置传感器，当物体到达安装了位置传感器的位置时，触发传感器的识别，从而知道物体到达了这个位置。这种定位方式实际上是一种行程式定位，即物体处于安装了位置传感器的位置时，才能知道物体的位置，当物体的当前位置上没有位置传感器时，就无法知道其当前位置，最多能够确定其处于某两个安装了位置传感器的位置的中间，具体位置无法得知，也就是说其定位精度是脉冲式的，物体处于安装了位置传感器的位置时定位精度很高，而在其他位置时定位精度很低。另外，在轨道上密集布置位置传感器显然是不经济的，成本很高。

因此，亟需要一种低成本的、定位精度又能达到较高水平的轨道定位系统及定位方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种轨道路径上的装置的定位系统及定位方法，采用在轨道路径上均布有向的图形标记，配合轨道上移动装置携带的图像采集设备对图形标记进行方向识别和计数，在确定好相对起点的情况下，即可得到装置相对于相对起点的位置和方向，实现定位。且两个相邻图形标记之间的距离越近，定位精度越高，因此提高定位精度的方法是使图形标记均布得密集一点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种轨道路径上的装置的定位系统，包括装置本体、安装在装置本体上的图像采集器、与图像采集器连接的处理器、与处理器连接的存储器、与处理器连接的输入设备，还包括沿路径均布的图形标记，所述图形标记为非中心对称图案，通过粘贴或喷涂的方式附着于轨道路径上。非中心对称图案相对于中心对称图案的区别是具有方向指向性，这一特性使得采用非中心对称图案的图形标记可用于标记路径的方向。优选的，所述图形标记可以是等腰三角形，优选的，所述图形标记也可以是箭头。所述图形标记在路径上的均布方式为沿路径等距分布，且在同一段无支路或分叉的路径分段上，图形标记的指向相同。

一种使用了上述定位系统的轨道路径上的装置的定位方法，包括

路径地图存储步骤，将路径的长度、转弯、分叉、路口、以及路径上的节点、地点的二维信息存入所述存储器，构成路径地图；

路径地图与图形标记关联步骤，将各个路径分段上的图形标记的数量与指向存入所述处理器，并将其与各个路径分段一一对应关联；

相对起点录入步骤，通过所述输入设备将当前装置本体在路径上所处的位置信息录入到处理器，作为装置本体的相对起点；

方向识别步骤，利用所述图像采集器采集相对起点处路径上的图形标记图像，将采集到的图像经处理器分析后可获得图形标记的指向，再与存储器中的路径地图及图形标记关联信息进行比对，确定相对起点处的路径相对于装置本体的方向；

计数步骤，当装置本体从相对起点出发开始行驶时，所述图像采集器采集装置本体经过的每一个图形标记，所述处理器对采集到的图形标记进行计数；

距离计算及定位步骤，将计数步骤得到的图形标记数量乘以两相邻图形标记之间的中心距，得到装置本体走过的距离，再与存储器中的路径地图进行比对，获得当前装置本体所在的位置；

相对起点覆盖步骤，如果装置本体停在了路径上的某一个位置等待下次工作，则处理器自动将装置本体的当前位置作为相对起点，覆盖掉原有的相对起点；

相对起点重置步骤，如果需要人为移动装置本体，则移动后装置本体在路径地图上的新位置需要手动再次输入，作为新的相对起点。

本发明的一个应用场景是对一种医用智能担架在其运行过程中进行定位，在这一应用场景下，所述装置本体为医用智能担架的担架主体。

本发明的有益效果：

由于图形标记的均布密集度决定定位的精度，因此提高精度只需要提高图形标记的密集度，因此只需要以较低的成本就可以对轨道路径上的装置进行较高精度的定位。

为了更好的解释再现本发明的应用场景，本说明书将结合一种医用智能担架及其控制系统来详细说明。

附图说明

图1是一种医用智能担架的主体结构示意图。

图2是智能担架折叠驱动模块的结构示意图。

图3是智能担架与导轨及导轨转台的示意图。

图4是智能担架与自动停靠装置的示意图。

图5是智能担架沿导轨长度方向的正视图，其中左边圆圈里是箭头起点处小圆圈位置的局部放大图。

图6～9是智能担架自动停靠的示意图。

图10是医院通道布局及本发明一种轨道路径上的装置的定位系统部分示意图，其中A点是智能担架停靠点，B点是手术室，C点是某病房。

图11是定位系统的图形标记实施例示意图。

图12是智能担架控制系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施方式及附图，对本发明做进一步详细说明。

如图1、图3所示，一种医用智能担架，包括担架主体、动力模块、担架轮 5、导轨19、导轨转台20、转台电机、定位系统、控制系统，所述动力模块与所属控制系统连接，用于驱动担架轮5转动，所述担架轮5安装在所述担架主体的底部，所述导轨19和导轨转台20通过对担架轮5的约束，可引导担架主体的运动路径，所述转台电机用于驱动导轨转台20转动，且与控制系统连接，所述定位系统与所述控制系统连接。

动力模块实施例。所述动力模块包括电源、变速电机、刹车装置，所述电源可以是安装于担架主体内部的电池，也可以由导轨19提供，例如采用中国专利 CN201610050008.8公开的电动汽车行车道路地面受电方法，导轨19连接在220V 交流电源上，通过担架轮5从导轨19上获得驱动电能。所述变速电机可以是伺服电机，也可以是步进电机，与电源连接，且由所述控制系统控制转速，控制方法为脉冲控制；变速电机与担架轮5的连接方式可以是一个变速电机带动一个担架轮5，也可以采用前驱或者后驱的驱动方法，利用齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等机械传动方式实现单个变速电机带动多个担架轮5转动。所述刹车装置的刹车方式可以是电机主动刹车，也可以是被动刹车，其中电机主动刹车方式是采用电磁失电制动电机实现的，断电即刹车，而被动刹车则可采用摩擦式刹车方法对电机转轴制动。

导轨19和担架轮5实施方式。如图1、3、5所示，所述导轨19由导轨基体 1901和凸起1902组成，可铺设在医院走廊或通道的地面18上，导轨19的上表面沿其长度方向设有凸起1902，所述担架轮5由轮子基体501和凹槽502组成，在担架轮5上沿其周向设有一圈凹槽502，凸起1902的横截面与凹槽502的横截面形状互补，可相互嵌合。凸起1902的作用是约束担架轮5的运动轨迹，担架轮5在导轨19上滚动时，由于凸起1902和凹槽502相互嵌合，担架轮5在没有很大外力作用的情况下不会偏离导轨19。如果还需要按照CN201610050008.8 的方法利用导轨19为担架供电，那么供电触点也可以选择凸起1902和凹槽502 的接触位置。

导轨转台20实施方式。如图3所示，当多条导轨19发生交叉产生路口时，例如十字路口、三叉路口、丁字路口等，在其交叉位置处安装有导轨转台20，所述导轨转台20为圆盘形，可绕其圆心旋转，导轨转台20上设有导轨段21，导轨段21的横截面与导轨19的横截面一致，当导轨转台20旋转到合适位置时，其上的导轨段21可以和导轨交叉处某一方向的导轨连通。优选的，导轨转台20 的旋转动力由转台电机提供，转台电机安装于导轨转台20的下方，与控制系统连接。

担架主体实施方式。如图1所示，担架主体包括第一担架部1、第二担架部 2、剪式折叠架3，所述第一担架部1与第二担架部2通过剪式折叠架3连接。

折叠驱动模块实施方式。优选的，本发明还包括折叠驱动模块，如图2所示，所述折叠驱动模块包括电机7、联轴器16、丝杠6、滚珠螺母15、轴承14、推杆13，所述丝杠6的一端通过联轴器16与电机7的转轴连接，另一端与轴承14 配合，所述滚珠螺母15安装在所述推杆13中，且其轴线方向垂直于推杆13的轴线，所述推杆13两端的轴安装在所述剪式折叠架3下部活动端上的轴孔301 中，且与滚轮17的轴孔配合，滚轮17与第二担架部2上的滚槽的配合方式是滚动配合。丝杠6由电机7驱动旋转，丝杠6的转动使滚珠螺母15沿丝杠6的长度方向移动，从而带动推杆13移动，进而驱动剪式折叠架3展开或折叠。

自动停靠装置实施方式。优选的，本发明还包括自动停靠装置，如图1、 4、6、7、8、9所示，所述自动停靠装置包括支架11、侧轮8、侧轮电机9、转轴12、升降挂钩24，所述支架11固定在第一担架部1两侧，每侧支架11数量为2个，在每个支架11下方的自由端安装有侧轮8，由侧轮电机9驱动，侧轮8 轴心方向平行于所述导轨19的长度方向，所述侧轮电机9安装在固定于所述支架11上的电机安装壳体10中，所述转轴12固定在所述支架11上，且与所述侧轮8同轴心，所述升降挂钩24安装在墙壁22上的轨道23中，可升降，其挂钩部分为凹圆柱面2401，圆柱面2401直径与所述转轴12的直径相同，且圆柱面 2401的轴心与墙壁22的垂直距离等于所述侧轮8的半径。当第一担架部1与第二担架部2通过剪式折叠架3折叠在一起贴合时，所述侧轮8的底部应低于担架轮5的底部。

承重板4实施方式。如图1所示，本发明还包括承重板4，所述承重板4安装在第二担架部2的两侧。

优选的，本发明还包括灯带，所述灯带为长条状，平行于导轨19长度方向安装在导轨19的两侧，与控制系统连接。

优选的，本发明还包括红外摄像头，所述红外摄像头安装在所述担架主体上沿导轨19长度方向的两侧，与控制系统连接。

一种轨道路径上的装置的定位系统及定位方法实施方式。一种轨道路径上的装置的定位系统，包括装置本体、安装在装置本体上的图像采集器、与图像采集器连接的处理器、与处理器连接的存储器、与处理器连接的输入设备，还包括沿路径均布的图形标记，所述图形标记为非中心对称图案，非中心对称图案相对于中心对称图案的区别是具有方向指向性。应用于本发明时，所述装置本体就是担架主体，所述图像采集器是安装在担架主体底部且位于导轨19上方的摄像头，摄像头的拍摄方向正对着导轨19，所述图形标记以粘贴或者喷涂的方式附着于导轨19的上表面。

如图10所示，所述图形标记优选为等腰三角形31。

如图11所示，所述图形标记还可以为箭头，箭头的形状可以是图中的(a)、 (b)、(c)中的一种或在此基础上的简单变形。

所述图形标记在路径上的均布方式为沿路径等距分布，且在同一段无支路或分叉的路径分段上，图形标记的指向相同，所述指向优选为等腰三角形31顶角的朝向或箭头的朝向。

使用此定位系统的定位方法包括如下步骤：

路径地图存储步骤，将路径的长度、转弯、分叉、路口、以及路径上的节点、地点的二维信息存入所述存储器，构成路径地图；

路径地图与图形标记关联步骤，将各个路径分段上的图形标记的数量与指向存入所述处理器，并将其与各个路径分段一一对应关联。

根据数学原理，在二维地图中，如果已知观察者所在的位置和观察者当前相对于地图的一个方向后，即可知道观察者与地图中每一个点和线的相对位置关系。在本发明的应用实施例中，所述观察者指的是智能担架，如图10所示，如果已知智能担架所在的点A的位置，又知道点A处的导轨19相对于智能担架的方向，即可知道智能担架与整个导轨上的每一个地点和每一个导轨分段的相对位置关系。点A的位置由相对起点录入步骤完成，点A处的导轨19相对于智能担架的方向由方向识别步骤完成。

相对起点录入步骤，通过所述输入设备将当前装置本体在路径上所处的位置信息录入到处理器，作为装置本体的相对起点；

方向识别步骤，利用所述图像采集器采集相对起点处路径上的图形标记图像，将采集到的图像经处理器分析后可获得图形标记的指向，再将获得的所述指向与存储器中的路径地图及图形标记关联信息进行比对，得到A点处的导轨19相对于智能担架的方向。

计数步骤，当装置本体从相对起点出发开始行驶时，所述图像采集器采集装置本体经过的每一个图形标记，所述处理器对采集到的图形标记进行计数；

距离计算及定位步骤，将计数步骤得到的图形标记数量乘以两相邻图形标记之间的中心距，得到装置本体走过的距离，再与存储器中的路径地图进行比对，获得当前装置本体所在的位置；

相对起点覆盖步骤，如果装置本体停在了路径上的某一个位置等待下次工作，则处理器自动将装置本体的当前位置作为相对起点，覆盖掉原有的相对起点；

相对起点重置步骤，如果需要人为移动装置本体，则移动后装置本体在路径地图上的新位置需要手动再次输入，作为新的相对起点。

如图10所示，在本发明的应用场景下，智能担架在不工作时停在停靠点A，这个停靠点就是如上所述的相对起点，A点的位置信息可以通过如上所述的相对起点录入步骤、相对起点覆盖步骤、相对起点重置步骤中的任一步骤记录到智能担架的定位系统中。

由上述定位系统的工作原理可知，两个相邻图形标记之间的距离越近，定位精度越高。

自动停靠实施方式。如图1～10所示，当智能担架完成一次急救作业后，回到图10中的停靠点A点，停靠点A一侧的墙壁22上设有一对升降挂钩24，本实施例中，升降挂钩24设置在右边的墙壁22上。此时升降挂钩在其初始位置、即轨道23的最低点。完成自动停靠需要如下步骤：

担架主体折叠步骤，电机7驱动剪式折叠架3进行折叠，折叠过程进行到侧轮8接触地面18时，侧轮8开始承力，继续折叠时，第二担架部2开始被抬升，担架轮5随着第二担架部2的上升而离开导轨19的上表面，继续折叠至第一担架部1的下表面和第二担架部2的上表面贴合，担架主体折叠步骤完成。

担架朝墙行驶步骤，担架主体折叠后，侧轮8在侧轮电机9的驱动下带动智能担架朝着墙壁22行驶，直到侧轮8接触到墙壁22。

担架靠墙停靠步骤，侧轮8接触到墙壁22后，升降挂钩24沿轨道23上升，直到其圆柱面2401与转轴12接触。随着升降挂钩24的继续上升，智能担架的右侧被抬起，这个过程中转轴12绕圆柱面2401转动，右边的侧轮沿墙壁22滚动，左边的侧轮在地面上滚动，智能担架逐渐倾斜。为了使担架停靠后，下次使用时能够正常放下来，担架靠墙步骤完成时担架所在平面应与墙壁22之间有一定倾角α，优选的，α应大于等于5°.

担架下次作业时放下来的步骤按自动停靠的步骤反着来就可以。

控制系统实施方式。如图12所示，控制系统包括病房终端25、服务器26、担架通信模块27、担架处理器28、导轨通信模块29、导轨处理器30，所述病房终端25通过网络与服务器26连接，所述担架通信模块27通过网络与服务器26 连接，所述担架处理器28与担架通信模块27连接，所述导轨通信模块29通过网络与服务器26连接，所述导轨处理器30与导轨通信模块29连接。

智能担架控制方法实施方式。智能担架的控制方法包括如下步骤：

病房提出需求的步骤，如图10、图12所示，C点处病房的医护人员通过病房终端25提出使用担架的需求，需求内容包括C点病房的位置、B点手术室的位置，病房位置和手术室位置可以与房号关联，记录在定位系统中，因此只需要医护人员通过病房终端25输入C点病房的房号和B点手术室的房号即可。输入完成后，信息通过病房终端25发送给服务器26。

需求信息处理步骤，服务器26收到担架使用需求信息后，通过定位系统寻找离C点的病房最近的担架停靠点，假设为A点，然后根据定位系统里的医院通道布局也就是路径地图找到优选路径，即从A到C的优选路径和从C到B的优选路径，然后将结果和启动指令发送给A点的智能担架。

担架启动和行驶步骤，如图1～12所示，担架通信模块27接收到服务器26 发送的启动指令和优选路径后传送给担架处理器28，担架处理器28接着驱动担架从停靠位置放平并移动到导轨19上，然后驱动剪式折叠架3展开，进而使担架主体展开，第二担架部2下降，担架轮5接触轨道，凸起1902和凹槽502相互嵌合，担架进入可行驶状态。

转弯步骤，如图1、3、10、12所示，担架开始行驶后，通过定位系统获取当前位置，在即将到达需要转弯的地方时开始减速，通过担架通信模块27向服务器26发送转弯请求，服务器26处理请求后向导轨通信模块29发送指令，导轨处理器30处理指令后驱动导轨转台20下方的电机启动，带动导轨转台20旋转，旋转至导轨段21与担架当前行驶的导轨19连通时停止，然后担架驶入导轨转台20，接着导轨转台20再次启动，带动担架旋转至导轨段21与转弯的目标导轨连通后停止，接着担架驶出导轨转台20。重复上述行驶和转弯的过程，直到抵达C点的病房。

等待和前往手术室步骤，担架抵达C点的病房后停在病房门口等待医护人员将病人转移至担架，随行医护人员站上承重板4。优选的，可在担架上设置一个按钮，用于此时的担架再次启动。准备好之后，按下启动按钮，担架朝着B点的手术室行驶，行驶和转弯过程如前所述，直至抵达B点的手术室门口。

担架回到停靠点步骤，完成一次作业后，担架通信模块向服务器提出返回停靠点请求或等待服务器安排担架使用任务，返回停靠点或执行下一次任务时，路径优选、行驶、转弯、自动停靠的方式如前文所述。

Claims (10)

1.一种轨道路径上的装置的定位系统，包括装置本体、安装在装置本体上的图像采集器、与图像采集器连接的处理器、与处理器连接的存储器、与处理器连接的输入设备，其特征在于，还包括沿路径均布的图形标记，所述图形标记为非中心对称图案。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述图形标记为等腰三角形(31)。

3.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述图形标记为箭头。

4.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述装置本体为医用智能担架的担架主体。

5.根据权利要求2或3所述的定位系统，其特征在于，所述图形标记在路径上的均布方式为沿路径等距分布，且在同一段无支路或分叉的路径分段上，图形标记的指向相同。

6.一种轨道路径上的装置的定位方法，其特征在于，

使用了如权利要求1所述的定位系统。

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，还包括

路径地图存储步骤，将路径的长度、转弯、分叉、路口、以及路径上的节点、地点的二维信息存入所述存储器，构成路径地图；

路径地图与图形标记关联步骤，将各个路径分段上的图形标记的数量与指向存入所述处理器，并将其与各个路径分段一一对应关联。

8.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，还包括

相对起点录入步骤，通过所述输入设备将当前装置本体在路径上所处的位置信息录入到处理器，作为装置本体的相对起点；

方向识别步骤，利用所述图像采集器采集相对起点处路径上的图形标记图像，将采集到的图像经处理器分析后可获得图形标记的指向，再与存储器中的路径地图及图形标记关联信息进行比对，确定相对起点处的路径相对于装置本体的方向。

9.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，还包括

计数步骤，当装置本体从相对起点出发开始行驶时，所述图像采集器采集装置本体经过的每一个图形标记，所述处理器对采集到的图形标记进行计数；

距离计算及定位步骤，将计数步骤得到的图形标记数量乘以两相邻图形标记之间的中心距，得到装置本体走过的距离，再与存储器中的路径地图进行比对，获得当前装置本体所在的位置。

10.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，还包括

相对起点覆盖步骤，如果装置本体停在了路径上的某一个位置等待下次工作，

则处理器自动将装置本体的当前位置作为相对起点，覆盖掉原有的相对起点；

相对起点重置步骤，如果需要人为移动装置本体，则移动后装置本体在路径地图上的新位置需要手动再次输入，作为新的相对起点。