CN115297543A - 一种基于5g的医用机器人定位增强方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于5G的医用机器人定位增强方法及系统，涉及机器人交互技术领域，方法包括：5G定位服务器接收第一医用机器人发送的定位服务请求，确定给所述第一医用机器人的定位配置信息，第一医用机器人根据定位配置信息进行测量确定位置坐标信息并通过第一医用机器人控制器生成对应的绝对坐标信息。本方法能实现单一医用机器人通过与5G网络5G定位服务器进行通信，获得定位服务确定自身位置后，向机器人控制器和其他医用机器人发送自身位置信息，辅助建立自身的绝对位置坐标并让其他医用机器人获得绝对位置坐标，支持基于绝对位置信息的衍生应用需求。

Description

一种基于5G的医用机器人定位增强方法及系统

本发明是发明名称为“基于5G室内分布式系统的医用机器人定位增强方法及系统”的分案申请，其中，母案的申请号为202010300308.3，申请日为2020.04.16。

技术领域

本发明涉及机器人交互技术领域，特别是涉及一种基于5G的医用机器人定位增强方法及系统。

背景技术

5G代表着当今移动通信领域的最新技术，具有高速率、高可靠性、低时延等技术优势。将5G与医用机器人结合将有巨大的市场空间。目前5G正在快速建设期，室内覆盖是其建设的重点之一，而如何利用5G将医用机器人进行准确定位，获取医用机器人的绝对位置坐标，是医用机器人在室内能否进行衍生应用，能否拓展医用机器人用途的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于5G的医用机器人定位增强方法及系统，通过标识信息或数字签名实现特定配对，保证数据安全性；实现了对医用机器人的准确定位的同时，降低了终端设计复杂度和能耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于5G的医用机器人定位增强方法，包括：

第一医用机器人向5G定位服务器发送定位服务请求；所述定位服务请求包括所述第一医用机器人的标识信息或数字签名、所述第一医用机器人的服务小区对应的网络设备标识；

所述5G定位服务器接收所述定位服务请求，并根据所述第一医用机器人的标识信息或数字签名进行鉴权，确认所述第一医用机器人是定位服务的签约用户后，根据所述第一医用机器人的服务小区对应的网络设备标识确定所述第一医用机器人的定位配置信息，然后将所述定位配置信息发送至第一医用机器人；所述定位配置信息包括待测网络设备标识；

所述第一医用机器人接收所述定位配置信息，根据所述待测网络设备标识进行搜索并对与标识相对应的网络设备发送的定位参考信号进行测量，并向所述5G定位服务器发送定位测量结果；

所述5G定位服务器接收所述定位测量结果，并获取网络设备的坐标，确定所述第一医用机器人的位置坐标信息，然后发送至所述第一医用机器人；

所述第一医用机器人接收位置坐标信息，并基于传感定位确定在预设的电子地图的相对位置信息，将所述位置坐标信息和所述相对位置信息发送至第一医用机器人控制器；

第一医用机器人控制器根据所述位置坐标信息与所述相对位置信息，确定电子地图的基准坐标信息，将所述电子地图上的每个坐标点同时提供相对坐标信息，并生成对应的绝对坐标信息。

可选地，所述医用机器人定位增强方法，还包括：

所述第一医用机器人通过广播方式向第二医用机器人发送第二医用机器人位置识别信息；所述第二医用机器人位置识别信息包括第一医用机器人的设备标识、坐标信息和坐标信息的时间戳；

所述第二医用机器人接收所述第一医用机器人的设备标识、坐标信息和坐标信息的时间戳，并在当前时间与所述坐标信息的时间戳的差值小于预设门限时，确定所述坐标信息有效，并利用传感器和通信设备感知确定与所述第一医用机器人之间的相对位置信息，从而确定所述第二医用机器人的坐标信息。

可选地，所述5G定位服务器接收所述定位测量结果，并获取网络设备的坐标，确定所述第一医用机器人的位置坐标信息，具体包括：

所述5G定位服务器通过接口获取所述网络设备发送定位参考信号的等效全向辐射功率EIRP_i，以及坐标信息；

所述5G定位服务器获取所述第一医用机器人与所述待测网络设备之间的路径损耗Pathloss_i，然后根据所述路径损耗和所述坐标信息，确定所述第一医用机器人与所述待测网络设备之间的距离Distance_i，进而根据如下公式确定所述第一医用机器人的位置坐标(x，y，z)：

(x-x₁)²+(y-y₁)²+(z-z₁)²＝Distance₁ ²

(x-x₂)²+(y-y₂)²+(z-z₂)²＝Distance₂ ²

(x-x₃)²+(y-y₃)²+(z-z₃)²＝Distance₃ ²

其中，x₁，y₁，z₁为第一网络设备的三维坐标，x₂、y₂、z₂为第二网络设备的三维坐标，x₃，y₃，z₃为第三网络设备的三维坐标。

可选地，所述路径损耗的计算过程，包括：

根据公式Pathloss_i＝EIRP_i-RSRP_i计算路径损耗；

其中，Pathloss_i表示路径损耗，RSRP_i表示网络设备的标识及定位参考信号的接收功率值。

可选地，所述第一医用机器人与所述待测网络设备之间的距离Distance_i的计算过程，包括：

根据公式Distance_i＝10^(Pathloss_i-27.56-20lgF)/20计算第一医用机器人与所述待测网络设备之间的距离；

其中，Pathloss_i表示路径损耗，F表示第一医用机器人与所述网络设备通信的频率。

可选地，所述定位配置信息包括不少于三个用于定位测量的网络设备标识，及其坐标信息。

可选地，所述进行定位测量包含所述第一医用机器人的服务小区对应的网络设备。

为达上述目的，本发明还提供了如下技术方案：

一种基于5G的医用机器人定位增强系统，包括：

第一医用机器人，被配置为与5G定位服务器通信连接，并根据5G定位服务器提供的定位配置信息测量并计算位置坐标信息，与第一医用机器人控制器通信连接，向第一医用机器人控制器发送位置坐标信息和相对位置信息，及与第二医用机器人通信连接，向第二医用机器人发送第二医用机器人位置识别信息；

5G定位服务器，被配置为与第一医用机器人进行通信连接，并为第一医用机器人提供定位配置信息；

第一医用机器人控制器，被配置与第一医用机器人进行通信连接，并控制第一医用机器人，利用第一医用机器人发送的位置坐标信息和相对位置信息生成绝对坐标信息；

第二医用机器人，被配置为与第一医用机器人进行通信连接，利用第一医用机器人发送的第二医用机器人位置识别信息确定自身坐标信息。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种基于5G的医用机器人定位增强方法及系统，通过5G定位服务器与第一医用机器人之间的数据通信，获得定位服务确定自身位置后，向机器人控制器和其他医用机器人发送自身位置信息，辅助建立自身的绝对位置坐标并让其他医用机器人获得绝对位置坐标，支持基于绝对位置信息的衍生应用需求。本发明的计算全程不是全部由终端进行，此种设置降低了终端设计复杂度和能耗；通过传感定位获得更多的信息，所获得的位置更加准确，从而提高对医用机器人定位的准确度；另外通过对医用机器人的标识信息或数字签名进行鉴权，能够进一步保证数据的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的结构示意图。

图1为本发明基于5G的医用机器人定位增强方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为本发明提供一种基于5G室内分布式系统的医用机器人定位增强方法包括：

S100：5G定位服务器接收第一医用机器人发送的定位服务请求，所述定位服务请求包括，第一医用机器人的标识信息或数字签名及第一医用机器人的服务小区对应的网络设备标识，根据定位服务请求确定给所述第一医用机器人的定位配置信息，所述定位配置信息包括，不少于三个用于定位测量的网络设备标识，及其坐标信息，并将所确定定位配置信息发送至第一医用机器人。

S200：第一医用机器人接收所述定位配置信息，根据所接收的定位配置信息中包含的待测网络设备标识进行搜索并对与标识相对应的网络设备发送的定位参考信号进行测量，具体测量方法为：

所述5G定位服务器通过接口获取所述网络设备发送定位参考信号的等效全向辐射功率EIRP_i，以及坐标信息；

所述5G定位服务器获取所述第一医用机器人与所述待测网络设备之间的路径损耗，具体方法为Pathloss_i＝EIRP_i-RSRP_i，根据自由空间传播模型Pathloss_i＝27.56+20lgDistance_i(m)+20lgF(MHz)，F为所述第一医用机器人与所述网络设备通信的频率。

所述5G定位服务器确定所述第一医用机器人与所述待测网络设备之间的距离Distance_i，具体方法为Distance_i＝10^(Pathloss_i-27.56-20lgF)/20；则根据如下公式可以确定所述第一医用机器人的位置坐标(x，y，z)，

(x-x₁)²+(y-y₁)²+(z-z₁)²＝Distance₁ ²

(x-x₂)²+(y-y₂)²+(z-z₂)²＝Distance₂ ²

(x-x₃)²+(y-y₃)²+(z-z₃)²＝Distance₃ ²

其中，x₁，y₁，z₁为第一网络设备的三维坐标，x₂、y₂、z₂为第二网络设备的三维坐标，x₃，y₃，z₃为第三网络设备的三维坐标。

测量完成后向5G定位服务器发送定位测量结果，所述测量结果包括所述网络设备的标识及定位参考信号的接收功率值RSRP_i。

S300：5G定位服务器接收所述定位测量结果，并获取网络设备的坐标，确定第一医用机器人的位置坐标信息，具体获得方法为：所述第一医用机器人利用传感器感知确定第一医用机器人在预设的电子地图中的相对位置信息，并发送至第一医用机器人。

S400：第一医用机器人接收位置坐标信息，利用基于传感定位得到的相对位置信息，将所接收位置坐标信息与得到的相对位置信息发送至第一医用机器人控制器。

S500：第一医用机器人控制器利用所接收的位置坐标信息与相对位置信息生成对应的绝对坐标信息，具体方法为：根据电子地图的基准坐标信息，确定电子地图上的每个坐标点的相对位置信息，并进一步根据所述第一医用机器人在电子地图上的相对位置信息和所述第一医用机器人的坐标信息，确定电子地图的基准，从而生成对应的绝对坐标信息。

在一些实施例中所述第一医用机器人向第二医用机器人发送第二医用机器人位置识别信息，所述第二医用机器人根据利用传感器和通信设备，根据第二医用机器人位置识别信息，确定与第一医用机器人之间的相对位置信息，从而确定第二医用机器人的坐标信息，其中所述第二医用机器人位置识别信息包括，第一医用机器人的设备标识、第一医用机器人的位置坐标信息、第一医用机器人的位置坐标信息时间戳。

本发明还提供一种基于5G室内分布式系统的医用机器人定位增强系统，包括：

第一医用机器人，被配置为与5G定位服务器通信连接，并根据5G定位服务器提供的定位配置信息测量并计算位置坐标信息，及与第一医用机器人控制器通信连接，向第一医用机器人控制器发送位置坐标信息和相对位置信息。

5G定位服务器，被配置为与第一医用机器人进行通信连接，并为第一医用机器人提供定位配置信息。

第一医用机器人控制器，被配置与第一医用机器人进行通信连接，并控制第一医用机器人，利用第一医用机器人发送的位置坐标信息和相对位置信息生成绝对坐标信息。

第二医用机器人，被配置为与第一医用机器人进行通信连接，利用第一医用机器人发送的第二医用机器人位置识别信息确定自身坐标信息。

下面通过具体实施例详细阐述本发明技术方案，其方法步骤为：

步骤1：第一医用机器人向5G定位服务器发送定位服务请求，所述定位服务请求包含所述第一医用机器人的标识信息或数字签名，第一医用机器人的服务小区对应的网络设备标识。

步骤2：5G定位服务器接收所述定位服务请求，根据所述第一医用机器人的标识信息或数字签名进行鉴权，确认所述第一医用机器人是定位服务的签约用户后，向所述第一医用机器人提供定位服务。

步骤3：5G定位服务器根据所述第一医用机器人的服务小区对应的网络设备标识确定给所述第一医用机器人的定位配置信息，所述定位配置信息包含为所述第一医用机器人配置的进行定位测量的至少三个网络设备标识及坐标信息，优选的所述进行定位测量包含所述第一医用机器人的服务小区对应的网络设备。

步骤4：5G定位服务器向所述第一医用机器人发送定位测量配置信息，所述定位测量配置信息包含至少三个待测网络设备标识，本实施例中，网络设备1(x₁，y₁，z₁)，网络设备2(x₂，y₂，z₂)，网络设备3(x₃，y₃，z₃)。

步骤5：第一医用机器人接收所述定位测量配置信息，根据其中包含的待测网络设备标识进行搜索并对与标识相对应的网络设备发送的定位参考信号进行测量，并向5G定位服务器发送定位测量结果；所述测量结果包含所述网络设备的标识及定位参考信号的接收功率值RSRP_i，本实施例中，网络设备1：-98dBm，网络设备2：-102dBm，网络设备3：-90dBm。

步骤6：5G定位服务器接收所述定位测量结果，并获取所述网络设备的坐标，确定所述第一医用机器人的位置坐标信息(x，y，z)，具体方法为：

所述5G定位服务器通过接口获取所述网络设备发送定位参考信号的等效全向辐射功率EIRP_i，以及坐标信息，例如，网络设备1：43dBm，坐标(x₁，y₁，z₁)，网络设备2：43dBm，坐标(x₂，y₂，z₂)，网络设备3：43dBm，坐标(x₃，y₃，z₃)。

所述5G定位服务器获取所述第一医用机器人与所述待测网络设备之间的路径损耗，具体方法为Pathloss_i＝EIRP_i-RSRP_i，根据自由空间传播模型Pathloss_i＝27.56+20lgDistance_i(m)+20lgF(MHz)，F为所述第一医用机器人与所述网络设备通信的频率。

所述5G定位服务器确定所述第一医用机器人与所述待测网络设备之间的距离Distance_i，具体方法为Distance_i＝10^(Pathloss_i-27.56-20lgF)/20；则根据如下公式可以确定所述第一医用机器人的位置坐标(x，y，z)，

(x-x₁)²+(y-y₁)²+(z-z₁)²＝Distance₁ ²

(x-x₂)²+(y-y₂)²+(z-z₂)²＝Distance₂ ²

(x-x₃)²+(y-y₃)²+(z-z₃)²＝Distance₃ ²

其中，x₁，y₁，z₁为第一网络设备的三维坐标，x₂、y₂、z₂为第二网络设备的三维坐标，x₃，y₃，z₃为第三网络设备的三维坐标。

步骤7：5G定位服务器向所述第一医用机器人发送所述5G定位服务器计算确定的坐标信息(x，y，z)。

步骤8：第一医用机器人接收所述坐标信息，并向第一医用机器人控制器发送所述坐标信息，以及所述第一医用机器人在预设的电子地图的相对位置信息，所述相对位置信息是所述第一医用机器人利用传感器感知确定的。

步骤9：第一医用机器人控制器接收所述第一医用机器人的坐标信息及在所述电子地图内的相对位置信息，并根据上述信息确定电子地图的基准坐标信息，将电子地图上的每个坐标点同时提供相对坐标信息(相对基准点的相对距离)，并生成对应的绝对坐标信息。

步骤10：第一医用机器人通过广播方式向第二医用机器人发送第二医用机器人位置识别信息，所述第二医用机器人位置识别信息包括第一医用机器人的设备标识、坐标信息(x，y，z)、坐标信息的时间戳，第二医用机器人接收所述设备标识、坐标信息、坐标信息的时间戳，并确定所述当前时间与所述时间戳的差值小于预设门限时，确定所述坐标信息有效，并利用传感器和通信设备感知确定其与所述第一医用机器人之间的相对位置信息，从而确定第二医用机器人自身的坐标信息。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于5G的医用机器人定位增强方法，其特征在于，所述医用机器人定位增强方法包括：

第一医用机器人向5G定位服务器发送定位服务请求；所述定位服务请求包括所述第一医用机器人的标识信息或数字签名、所述第一医用机器人的服务小区对应的网络设备标识；

所述5G定位服务器接收所述定位服务请求，并根据所述第一医用机器人的标识信息或数字签名进行鉴权，确认所述第一医用机器人是定位服务的签约用户后，根据所述第一医用机器人的服务小区对应的网络设备标识确定所述第一医用机器人的定位配置信息，然后将所述定位配置信息发送至第一医用机器人；所述定位配置信息包括待测网络设备标识；

所述第一医用机器人接收所述定位配置信息，根据所述待测网络设备标识进行搜索并对与标识相对应的网络设备发送的定位参考信号进行测量，并向所述5G定位服务器发送定位测量结果；

所述5G定位服务器接收所述定位测量结果，并获取网络设备的坐标，确定所述第一医用机器人的位置坐标信息，然后发送至所述第一医用机器人；

所述第一医用机器人接收位置坐标信息，并基于传感定位确定在预设的电子地图的相对位置信息，将所述位置坐标信息和所述相对位置信息发送至第一医用机器人控制器；

第一医用机器人控制器根据所述位置坐标信息与所述相对位置信息，确定电子地图的基准坐标信息，将所述电子地图上的每个坐标点同时提供相对坐标信息，并生成对应的绝对坐标信息。

2.根据权利要求1所述的基于5G的医用机器人定位增强方法，其特征在于，所述医用机器人定位增强方法，还包括：

所述第一医用机器人通过广播方式向第二医用机器人发送第二医用机器人位置识别信息；所述第二医用机器人位置识别信息包括第一医用机器人的设备标识、坐标信息和坐标信息的时间戳；

所述第二医用机器人接收所述第一医用机器人的设备标识、坐标信息和坐标信息的时间戳，并在当前时间与所述坐标信息的时间戳的差值小于预设门限时，确定所述坐标信息有效，并利用传感器和通信设备感知确定与所述第一医用机器人之间的相对位置信息，从而确定所述第二医用机器人的坐标信息。

3.根据权利要求1所述的基于5G的医用机器人定位增强方法，其特征在于，所述5G定位服务器接收所述定位测量结果，并获取网络设备的坐标，确定所述第一医用机器人的位置坐标信息，具体包括：

所述5G定位服务器通过接口获取所述网络设备发送定位参考信号的等效全向辐射功率EIRP_i，以及坐标信息；

所述5G定位服务器获取所述第一医用机器人与所述待测网络设备之间的路径损耗Pathloss_i，然后根据所述路径损耗和所述坐标信息，确定所述第一医用机器人与所述待测网络设备之间的距离Distance_i，进而根据如下公式确定所述第一医用机器人的位置坐标(x，y，z)：

(x-x₁)²+(y-y₁)²+(z-z₁)²＝Distance₁ ²

(x-x₂)²+(y-y₂)²+(z-z₂)²＝Distance₂ ²

(x-x₃)²+(y-y₃)²+(z-z₃)²＝Distance₃ ²

其中，x₁，y₁，z₁为第一网络设备的三维坐标，x₂、y₂、z₂为第二网络设备的三维坐标，x₃，y₃，z₃为第三网络设备的三维坐标。

4.根据权利要求3所述的基于5G的医用机器人定位增强方法，其特征在于，所述路径损耗的计算过程，包括：

根据公式Pathloss_i＝EIRP_i-RSRP_i计算路径损耗；

其中，Pathloss_i表示路径损耗，RSRP_i表示网络设备的标识及定位参考信号的接收功率值。

5.根据权利要求3所述的基于5G的医用机器人定位增强方法，其特征在于，所述第一医用机器人与所述待测网络设备之间的距离Distance_i的计算过程，包括：

根据公式Distance_i＝10^(Pathloss_i-27.56-20lgF)/20计算第一医用机器人与所述待测网络设备之间的距离；

其中，Pathloss_i表示路径损耗，F表示第一医用机器人与所述网络设备通信的频率。

6.根据权利要求1所述的基于5G的医用机器人定位增强方法，其特征在于，所述定位配置信息包括不少于三个用于定位测量的网络设备标识，及其坐标信息。

7.根据权利要求1所述的基于5G的医用机器人定位增强方法，其特征在于，所述进行定位测量包含所述第一医用机器人的服务小区对应的网络设备。

8.一种基于5G的医用机器人定位增强系统，其特征在于，所述医用机器人定位增强系统包括：

第一医用机器人，被配置为与5G定位服务器通信连接，并根据5G定位服务器提供的定位配置信息测量并计算位置坐标信息，与第一医用机器人控制器通信连接，向第一医用机器人控制器发送位置坐标信息和相对位置信息，及与第二医用机器人通信连接，向第二医用机器人发送第二医用机器人位置识别信息；

5G定位服务器，被配置为与第一医用机器人进行通信连接，并为第一医用机器人提供定位配置信息；

第一医用机器人控制器，被配置与第一医用机器人进行通信连接，并控制第一医用机器人，利用第一医用机器人发送的位置坐标信息和相对位置信息生成绝对坐标信息；

第二医用机器人，被配置为与第一医用机器人进行通信连接，利用第一医用机器人发送的第二医用机器人位置识别信息确定自身坐标信息。

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