CN113534852B - 医用运输床定位对接系统和方法 - Google Patents

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CN113534852B CN202110737881.5A CN202110737881A CN113534852B CN 113534852 B CN113534852 B CN 113534852B CN 202110737881 A CN202110737881 A CN 202110737881A CN 113534852 B CN113534852 B CN 113534852B
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Abstract

本申请涉及一种医用运输床定位对接系统。所述系统包括：激光收发设备，设置于运输床床体上，用于向对接设备旋转发送第一激光信号，并接收由对接设备反射的第二激光信号，将反射的第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器；控制器，与激光收发设备电连接，用于获取激光收发设备的当前旋转角度，并根据当前旋转角度确定运输床床体与对接设备的相对位置关系，根据相对位置关系对运输床床体进行位置调整。采用本系统能够实现对运输床床体的自动化定位对接。

Description

医用运输床定位对接系统和方法
技术领域
本申请涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种医用运输床定位对接系统和方法。
背景技术
在医院中，病床是医院中常用的一种医疗器械，主要用于病人在医院中进行治疗、康复和休养。医院内科室、病房众多且可能分布在不同的楼层，医护人员将病人送到目标科室，通过将患者从运输设备转移至目标科室医疗器械上或者手动将运输设备与医疗器械对接，为患者提供诊断或治疗。
然而，当患者身体状况不佳时，需要最小程度的减少搬运患者且需要尽快为患者提供治疗，则需要患者运输设备快速有效对接至治疗仪器上，减少患者的压力和防止工作流程的中断。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种医用运输床定位对接系统和方法。
一种医用运输床定位对接系统，其特征在于，所述系统包括：
激光收发设备，用于向对接设备旋转发送第一激光信号，并接收由所述对接设备反射的第二激光信号，将反射的所述第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器；
所述控制器，设置于所述运输床床体上，与所述激光收发设备电连接，用于根据所述脉冲信号的触发，获取所述激光收发设备的当前旋转角度，并根据所述当前旋转角度确定所述运输床床体与所述对接设备的相对位置关系，根据所述相对位置关系对所述运输床床体进行位置调整。
在一个实施例中，所述激光收发设备包括：
激光器，用于向所述对接设备旋转发送第一激光信号；所述对接设备为定位参考设备，所述对接设备上设置有处于同一直线的至少三个角锥棱镜；
探测器，用于依次接收由至少三个所述角锥棱镜返回的第二激光信号，并将所述第二激光信号转换为脉冲信号发送至所述控制器；
驱动装置，与所述激光器和探测器电连接，用于带动所述激光器和所述探测器同步进行180度往复扫描运动；
其中，所述激光器的激光源与所述探测器接收口同向且水平方向设置。
在一个实施例中，所述激光收发设备包括：其中，
激光器，用于竖直向下发射第一激光信号；
多个分光镜，用于将所述第一激光信号由竖直向下方向转换为水平方向；以及将第二激光信号由竖直向上转换为水平方向发送至探测器；
所述反射镜，用于将所述对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号传递至所述分光镜；
所述探测器，用于依次接收由所述对接设备上至少三个处于同一直线的所述角锥棱镜通过所述分光镜返回的第二激光信号，并将所述第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器；
所述驱动装置，与至少一个分光镜和反射镜相连，用于带动所述分光镜与所述反射镜同步旋转运动；
其中，所述激光器的激光源竖直向下并与所述探测器的接收口方向垂直。
在一个实施例中，所述对接设备设置有三个角锥棱镜，分别为第一角锥棱镜、第二角锥棱镜和第三角锥棱镜；所述第一角锥棱镜与所述第二角锥棱镜间隔为第一相对距离，所述第二角锥棱镜与所述第三角锥棱镜间隔为第二相对距离；
所述控制器还用于根据接收到的所述脉冲信号的触发，获取所述激光收发设备记录的所述第一角锥棱镜与所述第二角锥棱镜间的第一旋转角，以及所述第二角锥棱镜与所述第三角锥棱镜间的第二旋转角；
根据所述第一旋转角、所述第二旋转角、所述第一相对距离、所述第二相对距离，通过空间几何运算，确定所述激光收发设备与所述对接设备间的空间距离和空间夹角；
根据所述空间距离和所述空间夹角，确定所述运输床床体上激光收发设备当前所处位置坐标。
在一个实施例中，目标角锥棱镜为所述第二角锥棱镜，则所述空间夹角为第一空间夹角；所述第一空间夹角为第一直线与第二直线间的夹角；所述第一直线为所述角锥棱镜所在直线，所述第二直线为所述激光收发设备与所述第二角锥棱镜所在直线；所述激光收发设备设置于所述运输床床体任一目标边线上，所述激光收发设备的激光光源由所述目标边线所在方向开始进行激光扫描；所述激光收发设备还用于记录起始所述目标边线所在直线与所述第二直线间的第一夹角；
所述控制器，还用于根据所述第一夹角和所述第一空间夹角以及预设角度求解方法，确定第二夹角；所述第二夹角为所述目标边线与所述第一直线间的夹角；根据所述第二夹角携带的角度和方向信息，确定所述运输床床体与所述对接设备间的当前位置关系；根据所述当前位置关系以及预设的角度调整原则，对所述运输床床体进行调整。
在一个实施例中，探测器还用于根据预设的信号强度范围阈值对接收到的激光信号的信号强度进行识别，确定所述激光信号为所述对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号。
一种医用运输床定位对接方法，所述方法包括：通过激光收发设备向对接设备旋转发送第一激光信号，并通过所述激光收发设备接收由所述对接设备反射的第二激光信号，将反射的所述第二激光信号转换为脉冲信号；所述激光收发设备设置于运输床床体上；
根据所述脉冲信号的触发，获取所述激光收发设备的当前旋转角度，并根据所述当前旋转角度确定所述运输床床体当前位置以及所述运输床床体与所述对接设备的相对位置关系；
根据所述运输床床体当前位置及所述相对位置关系对所述运输床床体进行位置调整。
在一个实施例中，所述通过激光收发设备向对接设备旋转发送第一激光信号，并通过所述激光收发设备接收由所述对接设备反射的第二激光信号，将反射的所述第二激光信号转换为脉冲信号，包括：
通过激光器向所述对接设备旋转发送第一激光信号；所述对接设备为定位参考设备，所述对接设备上设置有处于同一直线的至少三个角锥棱镜；
通过探测器依次接收由至少三个所述角锥棱镜返回的第二激光信号，并将所述第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器；
通过驱动装置与所述激光器和所述探测器电连接，带动所述激光器和所述探测器同步进行180度往复扫描运动；
其中，所述激光器的激光源与所述探测器接收口同向且水平方向设置。
在一个实施例中，所述通过激光收发设备向对接设备旋转发送第一激光信号，并通过所述激光收发设备接收由所述对接设备反射的第二激光信号，将反射的所述第二激光信号转换为脉冲信号，包括：
通过激光器竖直向下发射第一激光信号；
通过分光镜将所述第一激光信号由竖直向下方向转换为水平方向，并通过驱动装置带动进行旋转扫描；以及将经反射镜返回的所述对接设备反射的第二激光信号由竖直向上转换为水平方向发送至探测器；
通过所述反射镜将所述对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号传递至所述分光镜；
通过探测器依次接收由所述对接设备上至少三个处于同一直线的所述角锥棱镜通过所述分光镜返回的第二激光信号，并将所述第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器；
通过所述驱动装置与至少一个分光镜和反射镜相连，带动所述分光镜与所述反射镜同步旋转运动；
其中，所述激光器的激光源竖直向下并与所述探测器的接收口方向垂直。
在一个实施例中，所述对接设备设置有三个角锥棱镜，分别为第一角锥棱镜、第二角锥棱镜和第三角锥棱镜；所述第一角锥棱镜与所述第二角锥棱镜间隔为第一相对距离，所述第二角锥棱镜与所述第三角锥棱镜间隔为第二相对距离；所述根据所述脉冲信号的触发，获取所述激光收发设备的当前旋转角度，并根据所述当前旋转角度通过空间几何运算确定所述运输床床体当前位置，包括：
接收到的所述脉冲信号的触发，获取所述激光收发设备记录的所述第一角锥棱镜与所述第二角锥棱镜间的第一旋转角，以及所述第二角锥棱镜与所述第三角锥棱镜间的第二旋转角；
根据所述第一旋转角、所述第二旋转角、所述第一相对距离、所述第二相对距离，通过空间几何运算，确定所述激光收发设备与所述对接设备间的空间距离和空间夹角；
根据所述空间距离和所述空间夹角，确定所述运输床床体上激光收发设备当前所处位置坐标。
上述医用运输床定位对接系统和方法，激光收发设备，设置于运输床床体上，用于向对接设备旋转发送第一激光信号，并接收由所述对接设备反射的第二激光信号，将反射的所述第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器；所述控制器，设置于所述运输床床体上，与所述激光收发设备电连接，用于根据所述脉冲信号的触发，获取所述激光收发设备的当前旋转角度，并根据所述当前旋转角度通过空间几何运算确定所述运输床床体当前位置以及所述运输床床体与所述对接设备的相对位置关系，根据所述运输床床体当前位置及所述相对位置关系对所述运输床床体进行位置调整。采用本系统，通过激光收发设备进行激光信号的收发，同时控制器响应于激光信号的触发指令获取定位所需角度信息，根据角度信息确定运输床床体当前位置，并根据当前位置关系实现对运输床床体的自动化位置调整。
附图说明
图1为一个实施例中医用运输床定位对接系统的应用环境图；
图2为一个实施例中激光收发设备内部结构示意图；
图3为一个实施例中探测器与控制器的控制系统内部结构示意图；
图4为一个实施例中激光收发设备与对接设备角锥棱镜位置关系示意图；
图5为另一个实施例中激光收发设备与角锥棱镜位置关系示意图；
图6为一个实施例中医用运输床定位对接方法的流程示意图；
图7为一个实施例中激光收发设备定位扫描步骤的流程示意图；
图8为另一个实施例中激光收发设备定位扫描步骤的流程示意图；
图9为一个实施例中进行数据处理得到定位信息和位置关系步骤的流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的对象在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本申请提供一种医用运输床定位对接系统100，可以应用于如图1所示的应用环境中，其中，该系统100包括激光收发设备110和控制器120(图中未显示)。
激光收发设备110设置于运输床床体上，用于向对接设备旋转发送第一激光信号，并接收由对接设备反射的第二激光信号。激光收发设备110还用于将反射的第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器120。
在实施中，激光收发设备110用于在不同的旋转角度时，分别向对接设备上的多个角锥棱镜发送第一激光信号，通过角锥棱镜的反射，激光收发设备接收反射后的第二激光信号。激光收发设备110还用于将反射后的第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器120，以使控制器120可以根据脉冲信号的触发获取当前旋转角度。
控制器120与激光收发设备110电连接，用于获取激光收发设备110的当前旋转角度，并根据当前旋转角度确定运输床床体与对接设备的相对位置关系，并相对位置关系对运输床床体进行位置调整。其中，对接设备为定位参考设备，其上设置有处于同一直线的至少三个角锥棱镜，可以用于在接收到激光信号后对激光信号进行平行反射。
其中，控制器120可以为集成于激光收发设备内的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，也可以为其他具有控制管理功能的装置或设备，本申请实施例不做限定。
具体地，控制器120也设置于运输床床体上，与激光收发设备110电连接，其中，电连接包括控制器120与激光收发设备110之间有线连接或无线连接。控制器120用于根据脉冲信号的触发，获取激光收发设备110的当前旋转角度，并根据当前旋转角度、已知的对接设备上的至少三个角锥棱镜间的相对距离，通过空间几何运算确定运输床床体当前位置，运输床体距离每个角锥棱镜的距离以及运输床床体与对接设备的相对位置关系，并根据运输床床体当前位置及相对位置关系对运输床床体进行位置调整。
其中，对接设备为定位参考设备，其上设置有处于同一直线的至少三个角锥棱镜，可以用于在接收到激光信号后对激光信号进行平行反射。
采用本系统，通过激光收发设备110进行激光信号的收发，同时控制器120响应于激光信号的触发指令获取定位所需角度信息，根据角度信息确定运输床床体当前位置，并根据当前位置关系实现了对运输床床体的自动化位置调整。
在一个可选地实施例中，激光收发设备110可以包括：
激光器111，用于向对接设备旋转发送第一激光信号；对接设备为定位参考设备，对接设备上设置有处于同一直线的至少三个角锥棱镜。
在实施中，激光器的激光光源可以设置为水平方向，则激光器在水平方向上旋转(180度匀速往复运动)发射光束型激光信号，即第一激光信号，该激光器的扫描范围可以覆盖对接设备所处位置；其中，对接设备为定位参考设备，该对接设备上设置有处于同一直线的至少三个角锥棱镜，本实施例中对于具体的设置角锥棱镜的数目不做限定。
探测器112，用于依次接收由至少三个角锥棱镜返回的第二激光信号，并将第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器。
其中，对接设备上设置有至少三个角锥棱镜，在激光收发设备发射第一激光信号进行旋转扫描的过程中，对接设备上的角锥棱镜会对打在其镜面上的第一激光信号进行平行反射，以相同方位返回至激光收发设备，此时，则由激光收发设备中的探测器来检测返回的激光信号，即第二激光信号。
在实施中，探测器，可以用于依次接收由至少三个角锥棱镜返回的第二激光信号，并将第二激光信号转换为脉冲信号，以该脉冲信号作为中断信号发送至医用运输床床体的控制器，该控制器可以是集成于激光收发设备内的微控制单元也可以是独立的控制设备，本实施例不做限定。该控制器可以用于与医用运输床(或者成为病床)的整体控制系统建立通信连接，实现医用运输床的控制管理。
驱动装置113与激光器111和探测器112电连接，用于带动激光器和探测器同步进行180度往复扫描运动。
在实施中，激光收发设备中包含的驱动装置与激光器和探测器电连接，用于带动激光器和探测器同步进行180度往复扫描运动。其中，该180度扫描范围包含对接设备所在范围。
本实施例中，激光收发设备通过驱动装置带动激光器和探测器实现180度匀速往复运动，实现对包含对接设备的范围的激光扫描，进而可以通过对接设备在扫描过程中返回的激光信号获取激光收发设备自身定位所需的角度信息和位置信息。
在一个可选地实施例中，如图2所示，激光收发设备110还可以包括：
激光器201，用于竖直向下发射第一激光信号。
在实施中，激光器的激光光源为光束型激光光源，用于向竖直向下方向发射第一激光信号。其中，激光器的激光光源不仅竖直向下而且设置与探测器的接收口方向垂直。
分光镜202，用于将第一激光信号由竖直向下方向转换为水平方向，并通过驱动装置带动进行360度旋转扫描；以及将经反射镜返回的对接设备反射的第二激光信号发送至探测器。
其中，如图2所示，在激光收发设备中分光镜包含分光镜202(a)和分光镜202(b)，分光镜可以用于分解光束，具体地，分光镜(a)位于激光器的激光光源和探测器接收口的朝向方向所在直线的垂直交点上，用于将(透过分光镜(b))竖直向上返回的两条光路(经过反射镜一条，未经反射镜一条)的激光信号(第二激光信号)由竖直向上方向转换为水平方向(水平向左)，发送至探测器；分光镜(b)位于分光镜(a)的下方，与分光镜(a)相同安装角度，分光镜(b)用于将(透过分光镜(a))竖直向下发射的激光信号(第一激光信号)分解为两个光路，其中一条光路的方向由竖直向下方向转换为水平方向(水平向右)，另一条光路的方向仍保持竖直向下一直发送至反射镜，经由反射镜反射转换为水平方向(水平向右)，则此时，经分光镜(b)和反射镜的反射，出现两条上下平行的水平方向的第一激光信号进行扫描。
可选地，分光镜(a)与探测器之间还可以增设聚焦透镜，由聚焦透镜将汇集在分光镜(a)的光路进行聚焦后输送至探测器。
可选地，对于分光镜将竖直方向的光路转换后水平方向的具体水平方向朝向(向左还是向右)则可以由分光镜的安装角度决定，本实施例不做限定。
可选地，分光镜(a)可以设置于包含激光器和探测器的壳体内，是固定位置的装置，分光镜(b)设置于与驱动装置相连的壳体(也可以称为镜筒)内，该分光镜(b)可以在驱动装置的带动下实现水平面上360度的旋转，即分光镜(b)反射的第一激光信号的扫描范围覆盖360度水平面全范围。
反射镜203，用于将对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号传递至分光镜。
在实施中，反射镜，用于将对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号传递至分光镜(b)。也即是将角锥棱镜反射的水平方向的第二激光信号转换为竖直向上方向。具体地，角锥棱镜可以接收到分光镜(b)和反射镜反射的上下平行的两条第一激光信号，则角锥棱镜通过平行反射，可以将第一激光信号分别反射给分光镜(b)和反射镜，此时，反射镜返回的第二激光信号和分光镜(b)返回的第二激光信号汇合于分光镜(a)，由分光镜(a)水平向左反射给探测器。
可选地，反射镜还用于将分光镜(b)分光后，透过分光镜(b)的第一激光信号由竖直向下方向转换为水平方向，以进行激光扫描。由此，分光镜202与反射镜203对于光路从哪一侧镜面入射和出射没有限定，无论从哪一侧镜面入射，分光镜和反射镜都可以将光路的方向进行转换。
探测器204，用于依次接收由对接设备上至少三个处于同一直线的角锥棱镜通过分光镜返回的第二激光信号，并将第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器。
在实施中，探测器，用于检测反射回的第二激光信号，由于对接设备上设置有至少三个处于同一直线的角锥棱镜，因此，在激光器扫描过程中，探测器可以依次接收到由至少三个角锥棱镜通过分光镜返回的第二激光信号，然后，如图3所示，探测器用于将接收到的第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器。具体地，探测器集成了电路直接输出电压，即将第二激光信号转换成模拟电信号(脉冲信号)，进而再由电路中的脉冲信号处理装置，将模拟电信号(脉冲信号)转换为脉冲电信号发送至控制器(MCU)。
驱动装置205，与至少一个分光镜和反射镜相连，用于带动分光镜与反射镜同步360度旋转运动。
在实施中，驱动装置与至少一个分光镜和反射镜相连，用于带动分光镜与反射镜同步360度旋转运动，具体地，驱动装置可以与至少一个分光镜和反射镜处于同一个壳体(或称为镜筒)内，如图2所示，驱动装置带动镜筒以及内部分光镜和反射镜360度旋转。
可选地，上述实施例中，激光器与探测器的位置可以互换，进而激光器的激光光源为水平方向，探测器的接收口竖直向下，分光镜和反光镜相应调整安装角度，以实现数据的采集，本实施例不再赘述。
本实施例中，相较于驱动装置带动激光器和探测器180度往复运动，采用光学反射原理，避免了激光收发设备受到激光器、探测器等的电线的缠绕问题，扩大了扫描范围且提高了扫描速度，进而提高数据采样率。
在一个可选地实施例中，如图4所示，对接设备设置有三个角锥棱镜，分别为第一角锥棱镜、第二角锥棱镜和第三角锥棱镜；第一角锥棱镜、第二角锥棱镜和第三角锥棱镜设置于第一直线上，第一角锥棱镜与第二角锥棱镜间隔为第一相对距离，第二角锥棱镜与第三角锥棱镜间隔为第二相对距离。
具体地，激光信号收发设备与对接设备的位置关系，如图4所示，对接设备上设置有三个角锥棱镜，这三个角锥棱镜可以根据激光信号的扫描顺序分别定义为第一角锥棱镜(用Q表示)、第二角锥棱镜(用O表示)和第三角锥棱镜(用P表示)，第一角锥棱镜、第二角锥棱镜和第三角锥棱镜设置于第一直线上，同时，三个角锥棱镜等距离设置，即第一角锥棱镜与第二角锥棱镜间隔的第一相对距离(用L表示)与第二角锥棱镜与第三角锥棱镜间隔的第二相对距离(用L表示)相等。因此，以第二角锥棱镜所处位置O点为坐标原点，建立坐标系，以由P点至Q点的方向为坐标系X轴方向，并以垂直于X轴所处直线且第一象限中包含激光收发设备为约束条件确定Y轴方向。此时，对接设备上的角锥棱镜的位置坐标为已知，即P(-L,0)、O(0,0)和Q(L,0)。同时，激光收发设备(或者为激光收发设备中的驱动装置)的所处位置，用点M表示，M表征激光收发设备所处位置的二维坐标，即M(x,y)，点M为未知。
控制器还用于根据接收到的脉冲信号的触发，获取激光收发设备记录的第一角锥棱镜与第二角锥棱镜间的第一旋转角，以及第二角锥棱镜与第三角锥棱镜间的第二旋转角。
在实施中，如图4所示，控制器还用于根据接收到的脉冲信号的触发产生中断信号，并根据该中断信号通过CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)通信获取激光收发设备(即其中的驱动装置)记录的第一角锥棱镜与第二角锥棱镜间的第一旋转角(用a1表示)，以及第二角锥棱镜与第三角锥棱镜间的第二旋转角(用a2表示)。即a1、a2已知。其中，第一旋转角和第二旋转角的具体记录获取过程为：控制器获取激光收发设备检测到第一角锥棱镜的第二激光信号时，记录的此时驱动装置转角位置1；然后，当激光收发设备检测到第二角锥棱镜反射的第二激光信号时，记录此时驱动装置转角位置2，当激光收发设备检测到第三角锥棱镜反射的第二激光信号时，记录此时驱动装置转角位置3；进而由驱动装置转角位置2与驱动装置转角位置1可以得到第一旋转角，由驱动装置转角位置3与驱动装置转角位置2可以得到第二旋转角。
控制器还用于根据第一旋转角、第二旋转角、第一相对距离、第二相对距离，通过空间几何运算，确定激光收发设备与对接设备间的空间距离和空间夹角；空间距离为激光收发设备与目标角锥棱镜间的距离，空间夹角为第二直线与第一直线间的夹角；其中，第二直线为激光收发设备与目标角锥棱镜所在直线；
在实施中，控制器根据获取到的激光收发设备记录的第一旋转角(a1)、第二旋转角(a2)、控制器预先存储的三个角锥棱镜间的相对距离，即第一相对距离(L)、第二相对距离(L)，通过正弦定理和余弦定理等空间几何关系，确定激光收发设备与对接设备间的空间距离(即图3中的d1和d2)和空间夹角(例如，a和b)。其中，空间距离为激光收发设备与对接设备间的空间相对距离。
具体地，根据三角形正弦定理和余弦定理有如下对应关系：
Figure BDA0003140500470000121
Figure BDA0003140500470000122
Figure BDA0003140500470000123
将公式(1)与公式(2)做比值运算，比值为k，则具体计算公式为：
Figure BDA0003140500470000124
则d1＝k*d2，代入公式(3)得：
Figure BDA0003140500470000125
求解该公式(5)可得空间距离d2：
Figure BDA0003140500470000126
进而反代入公式(4)可以得到空间距离d1：
Figure BDA0003140500470000127
进一步地，根据余弦值在0～180°范围内是单调的，则在图3的ΔOPM中，利用余弦定理求取空间夹角，角度b的值为：
Figure BDA0003140500470000128
可选地，对于另一空间夹角，夹角a，由于正弦函数在0～180°范围内为同号，故根据夹角a的计算公式，对应可以得到关于a的两个值(该夹角a可以由后续过程计算得出，因此，当前计算出的两个值可以用于验证)，其中，夹角a的计算公式为：
Figure BDA0003140500470000131
根据空间距离和空间夹角，确定运输床床体上激光收发设备当前所处位置坐标。
在实施中，控制器根据得到的空间距离和空间夹角，确定运输床床体上激光收发设备(驱动装置)当前所处位置坐标，即点M(x,y)坐标。
具体地，求得点M(x,y)坐标中的x,y值计算公式为：
Figure BDA0003140500470000132
本实施例中，控制器通过获取到已知的第一旋转角、第二旋转角以及第一相对距离和第二相对距离，通过建立坐标系进行空间几何运算，可以得到激光收发设备(或者驱动装置)所在的点的位置坐标，实现了对医用运输床床体的点定位。
可选地，虽然激光收发设备距离三个角锥棱镜有差别，但是光速传播较快使得光往返时间可以忽略不计。在请求数据的过程中，驱动装置仍在保持转动，数据有一定的滞后性并不是当时的位置，但是3个角度位置均会产生滞后性，经过相减求取角度会抵消误差。
在一个可选地实施例中，如图5所示，目标角锥棱镜为第二角锥棱镜，则空间夹角为第一空间夹角；第一空间夹角为第一直线与第二直线间的夹角；第二直线为激光收发设备与第二角锥棱镜所在直线；激光收发设备设置于运输床床体任一目标边线上，激光收发设备的激光光源由目标边线所在方向开始进行激光扫描；激光收发设备还用于记录起始目标边线所在直线与第二直线间的第一夹角。
在实施中，以第二角锥棱镜(也即建立坐标系的坐标原点)作为求解计算的基准角锥棱镜，进行激光收发设备的位置坐标M(x,y)的计算，具体地，若目标角锥棱镜为第二角锥棱镜，则对应的空间夹角b定义为第一空间夹角b，该第一空间夹角b为第一直线(三个角锥棱镜所在直线)与第二直线间的夹角；其中，第二直线(d1所在直线)为激光收发设备(点M)与第二角锥棱镜(点O)所在直线，激光收发设备设置于运输床床体任一目标边线上，例如，如图4所示，设置于运输床(或称为病床)的床尾边线的中心位置处，激光收发设备的激光光源由该床尾边线所在方向(由中心位置指向外侧的方向)开始进行激光扫描；另外，激光收发设备中的驱动装置还用于记录起始目标边线所在直线与第二直线间的第一夹角，该第一夹角用角e表示，该第一夹角e即为激光收发设备开始进行扫描至扫描到第一角锥棱镜(Q)间的夹角。
控制器，还用于根据第一夹角和第一空间夹角以及预设角度求解方法，确定第二夹角；第二夹角为目标边线与第一直线间的夹角；根据第二夹角携带的角度和方向信息，确定运输床床体与对接设备间的当前位置关系；根据当前位置关系以及预设的角度调整原则，对运输床床体进行调整。
具体地，控制器，还用于根据第一夹角e和第一空间夹角b以及预设的角度求解方法，确定第二夹角，其中，第二夹角为目标边线与第一直线(三个角锥棱镜所在直线)间的夹角(即图5中的夹角c)；其中，预设的角度求解方法为：在已知第一空间夹角b的情况下，则根据三角形外角定理，对应的另一空间夹角a＝b-a2，a2为第二旋转角；进一步地，根据得到空间夹角a，利用三角形外角定理，可以得到第二夹角c＝e-a。控制器根据第二夹角c的方向信息，即符号正负，确定运输床床体与对接设备间的当前位置关系，然后，根据当前位置关系以及预设的角度调整原则，对运输床床体进行调整。
具体的运输床床体与对接设备间的当前位置关系可以包括以下情况：
c>0：运输床床体床尾边线相对于正位的对接设备向左下方倾斜；
c＝0：运输床床体床尾边线与正位的对接设备平行；
c<0：运输床床体床尾边线相对于正位的对接设备向右下方倾斜。
进而，当c>0时，控制器向医用运输床控制系统发送指令，通过医用运输床控制系统控制运输床床体顺时针旋转当前夹角c的角度，直至c等于0，同理，c<0时，逆时针旋转当前夹角c的角度，直至c等于0。
在一个可选地实施例中，探测器还用于根据预设的信号强度范围阈值对接收到的激光信号的信号强度进行识别，确定激光信号为对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号。
在实施中，探测器还用于接收到的激光信号预先进行信号强度识别；具体地，根据预设的信号强度范围阈值对接收到的激光信号的信号强度进行识别，若接收到的激光信号的信号强度在预设的信号强度范围阈值之内，确定接收到的激光信号为对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号。
可选地，若接收到的激光信号的信号强度在预设的强度范围阈值之外，则该接收到的激光信号为干扰信号，不对该激光信号进行处理。可选地，对于消除干扰性激光信号的手段，还可以包括根据预设的旋转角度值识别接收到的激光信号是否为对接设备反射的第二激光信号，若当前旋转角度与预设旋转角度不同时，接收到激光信号，则该激光信号为干扰信号，本申请中对于判断干扰性激光信号的条件可以为激光信号强度、驱动装置旋转角度、预设的角锥棱镜间隔距离等，还可以为这些条件的自由组合，本实施例不做限定。
在一个可选地实施例中，如图6所示，提供了一种医用运输床定位对接方法，包括以下步骤：
步骤601，通过激光收发设备向对接设备旋转发送第一激光信号，并通过激光收发设备接收由对接设备反射的第二激光信号，将反射的第二激光信号转换为脉冲信号；激光收发设备设置于运输床床体上。
步骤602，根据脉冲信号的触发，获取激光收发设备的当前旋转角度，并根据当前旋转角度通过空间几何运算确定运输床床体当前位置以及运输床床体与对接设备的相对位置关系。
步骤603，根据运输床床体当前位置及相对位置关系对运输床床体进行位置调整。
上述医用运输床定位对接方法中，通过激光收发设备向对接设备旋转发送第一激光信号，并通过激光收发设备接收由对接设备反射的第二激光信号，将反射的第二激光信号转换为脉冲信号；激光收发设备设置于运输床床体上；根据脉冲信号的触发，获取激光收发设备的当前旋转角度，并根据当前旋转角度通过空间几何运算确定运输床床体当前位置以及运输床床体与对接设备的相对位置关系；根据运输床床体当前位置及相对位置关系对运输床床体进行位置调整。采用本方法，通过激光收发设备进行激光信号的收发，同时控制器响应于激光信号的触发指令获取定位所需角度信息，根据角度信息确定运输床床体当前位置，并根据当前位置关系实现了对运输床床体的自动化位置调整。
在一个实施例中，如图7所示，步骤601的具体处理过程包括如下步骤：
步骤701，通过激光收发设备向对接设备旋转发送第一激光信号，并通过激光收发设备接收由对接设备反射的第二激光信号，将反射的第二激光信号转换为脉冲信号；激光收发设备设置于运输床床体上。
步骤702，根据脉冲信号的触发，获取激光收发设备的当前旋转角度，并根据当前旋转角度通过空间几何运算确定运输床床体当前位置以及运输床床体与对接设备的相对位置关系。
步骤703，根据运输床床体当前位置及相对位置关系对运输床床体进行位置调整。
在一个可选地实施例中，如图8所示，步骤601的具体处理过程包括如下步骤：
步骤801，通过激光器竖直向下发射第一激光信号。
步骤802，通过分光镜将第一激光信号由竖直向下方向转换为水平方向，并通过驱动装置带动进行360度旋转扫描；以及将经反射镜返回的对接设备反射的第二激光信号由竖直向上转换为水平方向发送至探测器。
步骤803，通过反射镜将对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号传递至分光镜。
步骤804，通过探测器依次接收由对接设备上至少三个处于同一直线的角锥棱镜通过分光镜返回的第二激光信号，并将第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器。
步骤805，通过驱动装置与至少一个分光镜和反射镜相连，带动分光镜与反射镜同步360度旋转运动；其中，激光器的激光源竖直向下并与探测器的接收口方向垂直。
在一个实施例中，如图9所示，对接设备设置有三个角锥棱镜，分别为第一角锥棱镜、第二角锥棱镜和第三角锥棱镜；第一角锥棱镜、第二角锥棱镜和第三角锥棱镜设置于第一直线上，第一角锥棱镜与第二角锥棱镜间隔为第一相对距离，第二角锥棱镜与第三角锥棱镜间隔为第二相对距离；步骤602的具体处理过程如下所示：
步骤901，接收到的脉冲信号的触发，获取激光收发设备记录的第一角锥棱镜与第二角锥棱镜间的第一旋转角，以及第二角锥棱镜与第三角锥棱镜间的第二旋转角。
步骤902，根据第一旋转角、第二旋转角、第一相对距离、第二相对距离，通过空间几何运算，确定激光收发设备与对接设备间的空间距离和空间夹角；空间距离为激光收发设备与目标角锥棱镜间的距离，空间夹角为第二直线与第一直线间的夹角；其中，第二直线为激光收发设备与目标角锥棱镜所在直线。
步骤903，根据空间距离和空间夹角，确定运输床床体上激光收发设备当前所处位置坐标。
在一个可选地实施例中，该方法还包括：通过探测器根据预设的信号强度范围阈值对接收到的激光信号的信号强度进行识别，确定激光信号为对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号。
应该理解的是，虽然图6-9的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图6-9中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
关于医用运输床定位对接方法的具体限定可以参见上文中对于医用运输床定位对接系统的限定，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种医用运输床定位对接系统，其特征在于，所述系统包括：
激光收发设备，设置于运输床床体上，用于向对接设备旋转发送第一激光信号，并接收由所述对接设备反射的第二激光信号，将反射的所述第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器；所述对接设备上设置有处于同一直线上的至少三个角锥棱镜，用于在接收到所述第一激光信号后对所述第一激光信号进行平行反射；所述激光收发设备包括激光器、多个分光镜、反射镜、探测器、驱动装置；
所述控制器，与所述激光收发设备电连接，用于获取所述激光收发设备的当前旋转角度，并根据所述当前旋转角度确定所述运输床床体与所述对接设备的相对位置关系，根据所述相对位置关系对所述运输床床体进行位置调整；
所述激光器，用于竖直向下发射第一激光信号；
所述多个分光镜，用于将所述第一激光信号由竖直向下方向转换为竖直向下和水平方向，以及将第二激光信号由竖直向上转换为水平方向发送至探测器；
所述反射镜，用于将所述对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号传递至所述分光镜；
所述探测器，用于依次接收由所述对接设备上至少三个处于同一直线的所述角锥棱镜通过所述分光镜返回的第二激光信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光器，用于向所述对接设备旋转发送第一激光信号；
所述探测器，用于依次接收由至少三个所述角锥棱镜返回的第二激光信号，并将所述第二激光信号转换为脉冲信号发送至所述控制器；
所述驱动装置，与所述激光器和探测器电连接，用于带动所述激光器和所述探测器同步进行180度往复扫描运动。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动装置，与至少一个分光镜和反射镜相连，用于带动所述分光镜与所述反射镜同步旋转运动；
以及，所述激光器的激光源竖直向下并与所述探测器的接收口方向垂直。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述对接设备设置有三个角锥棱镜，分别为第一角锥棱镜、第二角锥棱镜和第三角锥棱镜；所述第一角锥棱镜与所述第二角锥棱镜间隔为第一相对距离，所述第二角锥棱镜与所述第三角锥棱镜间隔为第二相对距离；
所述控制器还用于根据接收到的所述脉冲信号的触发，获取所述激光收发设备记录的所述第一角锥棱镜与所述第二角锥棱镜间的第一旋转角，以及所述第二角锥棱镜与所述第三角锥棱镜间的第二旋转角；
根据所述第一旋转角、所述第二旋转角、所述第一相对距离、所述第二相对距离，通过空间几何运算，确定所述激光收发设备与所述对接设备间的空间距离和空间夹角；
根据所述空间距离和所述空间夹角，确定所述运输床床体上激光收发设备当前所处位置坐标。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述空间夹角为第一空间夹角；所述第一空间夹角为第一直线与第二直线间的夹角；所述第一直线为所述角锥棱镜所在直线，所述第二直线为所述激光收发设备与所述第二角锥棱镜所在直线；所述激光收发设备设置于所述运输床床体任一目标边线上，所述激光收发设备的激光光源由所述目标边线所在方向开始进行激光扫描；所述激光收发设备还用于记录起始所述目标边线所在直线与所述第二直线间的第一夹角；
所述控制器，还用于根据所述第一夹角和所述第一空间夹角以及预设角度求解方法，确定第二夹角；所述第二夹角为所述目标边线与所述第一直线间的夹角； 根据所述第二夹角携带的角度和方向信息，确定所述运输床床体与所述对接设备间的当前位置关系； 根据所述当前位置关系以及预设的角度调整原则，对所述运输床床体进行调整。
6.根据权利要求2或3中所述的系统，其特征在于，所述探测器还用于根据预设的信号强度范围阈值对接收到的激光信号的信号强度进行识别，确定所述激光信号为所述对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号。
7.一种医用运输床定位对接方法，其特征在于，所述方法包括：
通过激光收发设备向对接设备旋转发送第一激光信号，并通过所述激光收发设备接收由所述对接设备反射的第二激光信号，将反射的所述第二激光信号转换为脉冲信号；所述激光收发设备设置于运输床床体上；所述对接设备上设置有处于同一直线上的至少三个角锥棱镜，用于在接收到第一激光信号后对所述第一激光信号进行平行反射；所述激光收发设备包括激光器、多个分光镜、反射镜、探测器、驱动装置；
根据所述脉冲信号的触发，获取所述激光收发设备的当前旋转角度，并根据所述当前旋转角度确定所述运输床床体当前位置以及所述运输床床体与所述对接设备的相对位置关系；
根据所述运输床床体当前位置及所述相对位置关系对所述运输床床体进行位置调整；
通过所述激光器竖直向下发射第一激光信号；
通过所述分光镜将所述第一激光信号由竖直向下方向转换为竖直向下和水平方向；以及将第二激光信号由竖直向上转换为水平方向发送至探测器；
通过所述反射镜将所述对接设备的角锥棱镜反射的第二激光信号传递至所述分光镜；
通过所述探测器依次接收由所述对接设备上至少三个处于同一直线的所述角锥棱镜通过所述分光镜返回的第二激光信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通过激光收发设备向对接设备旋转发送第一激光信号，并通过所述激光收发设备接收由所述对接设备反射的第二激光信号，将反射的所述第二激光信号转换为脉冲信号，包括：
通过所述激光器向所述对接设备旋转发送第一激光信号；
通过所述探测器依次接收由至少三个所述角锥棱镜返回的第二激光信号，并将所述第二激光信号转换为脉冲信号发送至控制器；
通过所述驱动装置与所述激光器和所述探测器电连接，带动所述激光器和所述探测器同步进行180度往复扫描运动；
其中，所述激光器的激光源与所述探测器接收口同向且水平方向设置。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于， 所述通过激光收发设备向对接设备旋转发送第一激光信号，并通过所述激光收发设备接收由所述对接设备反射的第二激光信号，将反射的所述第二激光信号转换为脉冲信号，包括：
通过所述驱动装置与至少一个分光镜和反射镜相连，带动所述分光镜与所述反射镜同步旋转运动。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对接设备设置有三个角锥棱镜，分别为第一角锥棱镜、第二角锥棱镜和第三角锥棱镜；所述第一角锥棱镜与所述第二角锥棱镜间隔为第一相对距离，所述第二角锥棱镜与所述第三角锥棱镜间隔为第二相对距离；所述根据所述脉冲信号的触发，获取所述激光收发设备的当前旋转角度，并根据所述当前旋转角度确定所述运输床床体当前位置，包括：
接收到的所述脉冲信号的触发，获取所述激光收发设备记录的所述第一角锥棱镜与所述第二角锥棱镜间的第一旋转角，以及所述第二角锥棱镜与所述第三角锥棱镜间的第二旋转角；
根据所述第一旋转角、所述第二旋转角、所述第一相对距离、所述第二相对距离，通过空间几何运算，确定所述激光收发设备与所述对接设备间的空间距离和空间夹角；
根据所述空间距离和所述空间夹角，确定所述运输床床体上激光收发设备当前所处位置坐标。
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