基于磁传感器阵列的目标跟踪定位技术

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongyu203311
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随着科学技术在医疗领域的发展,病人的痛苦在不断地减轻。肠胃科医生可以使用消化道微型诊疗机器人来检查病人的肠胃道病况。消化道微型诊疗机器人是一种体积小、无线的医疗器械,例如目前很流行的无线胶囊内窥镜,病人可以像服用普通胶囊一样服用无线胶囊内窥镜,内窥镜进入人体可以采集消化道液、定位释放药丸以及拍摄消化道的图片。真正实现无创、微创的医疗理念。  当消化道微型诊疗机器人进入人体内,在人体外对它的位置进行定位,以及准确掌握它的运动轨迹是一项很有意义的研究。目前常见的定位方法有核医学图像定位法、超声定位法、射频信号定位法、交流激磁定位法、磁标记物定位法和电磁定位法。核医学图像定位法的缺点是具有高辐射性;超声定位法、射频信号定位法和交流激磁定位法的缺点是定位精度低并且实现模型复杂;磁标记物定位法和电磁定位法的缺点是成本高。  基于以上定位方法的缺点,本文中提出磁定位方法。由于人体的磁导率与空气,水或者其它非铁磁性物质的磁导率很接近,而非铁磁性物质对于静磁场几乎没有影响,因此磁定位方法的定位精度会很高,而且对人体没有辐射性,实现成本低。磁定位方法是将永磁铁固定在微型诊疗机器人内,为了定位永磁铁,在人体外研制了磁传感器阵列模块。将80个传感器均匀分布在13m的空间中,由传感器采集永磁铁的磁场数据,磁传感器根据磁场信号的强弱转化成幅值不同的电信号;采集来的电信号经由多通道传送至数据处理模块进行放大、AD转换;通过串口将处理后的数据传送给计算机;计算机对数据进行滤波,并使用Levenberg-Marquardt(L-M)算法求解磁偶极子模型,以获得永磁铁位置信息。用Visual C++软件开发用户图形界面,实时显示永磁铁的运动轨迹和位置信息。  在定位过程中,由于磁传感器的灵敏度具有非线性特性、磁传感器的中心位置和方向与所规定的位置和方向有偏差,而且传感器采集来的数据中混有噪声,针对这些问题对定位系统采用灵敏度非线性校准算法、磁传感器的中心位置和方向的校准算法进行数据处理,提高定位精度。  研究和实验结果表明,基于磁传感器阵列的目标跟踪定位技术方案正确,实验装置可行,重复测量定位精度,位置平均定位精度是2mm,方向平均定位精度是2·。
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