一种基于检测阵列运动规划的磁源磁场信号检测方法技术

本发明专利技术公开了一种磁源磁场信号的检测方法，该方法预先存储外部磁体与检测阵列之间具有不同相对位姿时，检测阵列检测得到的每种相对位姿对应的外部磁体磁场；在通过外部磁体引导磁源运动的条件下，需要进行磁源定位时，将检测阵列运动到外部磁体与检测阵列的多个相对位姿中的最优相对位姿上；所述最优相对位姿的选取标准为：令磁源尽量靠近检测阵列的中心，使得与外部磁体相比，磁源磁场所占比重增大；最后，在当前最优相对位姿处，检测阵列测量总磁场；从所述总磁场中去除最优相对位姿对应的外部磁体磁场以及地磁磁场，得到磁源磁场。使用本发明专利技术能够精确去除外部磁体的磁场信号，得到有效的磁源磁场信号，为磁源精准定位提供可靠数据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于检测阵列运动规划的磁源磁场信号检测方法
本专利技术涉及移动磁源检测
，具体涉及一种基于检测阵列运动规划的磁源磁场信号检测方法。
技术介绍
外部磁体引导的主动胶囊机器人系统需要根据胶囊磁场信号定位胶囊的位姿，在外部磁体引导的主动胶囊机器人系统中存在很强的外部磁体磁场，还存在地磁场的干扰。对于外部磁场来说，其与胶囊机器人磁场相比，其所占比重较大，因此精确的去除外部磁体的磁场对胶囊位姿的确定有更为重要的意义。如何准确去除外部磁体和地磁场的磁场信号，得到有效的胶囊磁场信号是一个重要的研究方向。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于检测阵列运动规划的磁源磁场信号检测方法，能够去除外部磁体的磁场信号，得到有效的磁源磁场信号，为磁源精准定位提供可靠数据。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种磁源磁场信号的检测方法，该方法应用于利用检测阵列跟踪外部磁体以检测磁源磁场信号的过程，包括：步骤一、预先存储外部磁体与检测阵列之间具有不同相对位姿时，检测阵列检测得到的每种相对位姿对应的外部磁体磁场；步骤二、在通过外部磁体引导磁源运动的条件下，需要进行磁源定位时，将检测阵列运动到外部磁体与检测阵列的多个相对位姿中的最优相对位姿上；所述最优相对位姿的选取标准为：令磁源尽量靠近检测阵列的中心，使得与外部磁体相比，磁源的磁场所占比重增大；步骤三、在当前最优相对位姿处，检测阵列测量总磁场；从所述总磁场中去除最优相对位姿对应的外部磁体磁场以及地磁磁场，得到磁源磁场。优选地，所述步骤一为：固定检测阵列位姿，移动外部磁体到不同的多个位姿上；利用检测阵列测量磁场，该测量磁场减去检测阵列当前位姿对应的地磁磁场，得到各个相对位姿对应的外部磁体磁场。优选地，步骤一中，所述检测阵列当前位姿对应的地磁磁场的获取方式为：检测阵列位姿固定后，在去除外部磁体和磁源的情况下，采用检测阵列中的每个磁传感器芯片测量磁场信号，得到检测阵列当前所处的地磁磁场。优选地，所述步骤二中，根据令磁源尽量靠近检测阵列的中心的选取标准，确定最优相对位姿的方式为：利用磁源上一次检测位置以及外部磁体当前位置，获取磁源估计位置；根据判定指标，选取最优相对位姿；所述判定指标包括：①由检测阵列中心指向磁源估计位置的方向向量最接近由检测阵列中心指出的法向量方向；②磁源估计位置与检测阵列之间的垂直距离最小。优选地，所述最优相对位姿的选取标准进一步包括：③检测阵列从当前位姿运动至最优相对位姿时，各自由度位移绝对值之和最小。优选地，进一步对选取最优相对位姿的各个标准进行加权融合，利用融合指标选取最优相对位姿。优选地，所述获取磁源估计位置为：将磁源上一次检测位置和外部磁体当前位置的连线中心作为所述磁源估计位置。优选地，当检测阵列处于某一位姿时，该位姿对应的地磁磁场的获取方式为：预先存储检测阵列运动空间范围内各位置点的地磁磁场；在检测阵列当前位姿下，判断检测阵列上每个磁传感器芯片的位置是否与存储磁场的各位置点重合；对于重合者，直接从存储数据中取值得到磁传感器芯片的磁场B1；对于未重合者，将存储的相邻位置点的磁场值进行插值计算，得到磁传感器芯片的磁场B1；如果磁传感器芯片相对于预先存储地磁磁场所使用的磁传感器坐标轴有旋转，则将所述磁场B1对当前位姿下的检测阵列进行投影，得到检测阵列当前所处位姿对应的地磁磁场；如果没有旋转，则所述磁场B1即为检测阵列当前所处位姿对应的地磁磁场。优选地，所述预先存储检测阵列运动空间范围内各位置点的地磁磁场为：选取检测阵列上其中一个磁传感器芯片A，令磁传感器芯片A的坐标系与世界坐标系重合；在去除磁源和外部磁体的情况下，在检测阵列的运动空间范围内，令检测阵列做水平和垂直方向运动，且按照设定密度均匀移动，采集各个位置点的磁场信号，即得到检测阵列运动空间范围内各位置点的地磁磁场；所述设定密度为：相邻位置点地磁信号之差与所需获得的磁源磁场精度等数量级。有益效果：(1)本专利技术在检测磁源磁场时，将检测阵列移动到最优位姿处，并从实时检测结果中减去预存的最优位姿处的外部磁体磁场，配合地磁磁场的去除，使得最终得到的磁源磁场的噪声更小，基于该高精度磁源磁场可以获得磁源的高精度位姿定位结果；其中，外部磁体磁场是预先测量和存储的，其值更加准确，为精确去除外部磁体磁场提供了基础；此外，最优位姿是令磁源尽量靠近检测阵列中心的位姿，在该位姿处获得的磁场信号中，磁源部分所占比重增大，从而减小了外部磁体磁场对磁场检测结果的影响，为高精度磁源磁场检测提供了又一重要条件。(2)本专利技术预先存储检测阵列移动范围内的地磁磁场，在需要时，可以根据检测阵列当前位姿进行提取和换算，不需要额外增加检测设备，减轻了地磁磁场的获取难度。而且，预先存储的地磁磁场仅包括非旋转情况下的数据，减少存储量。(3)在确定最优相对位姿时，进一步增加了检测阵列移动代价的考虑，从而提高检测速率。(4)外部磁体只需为驱动胶囊机器人而运动，不需要兼顾位姿检测，从而减少了外部磁体的运动。附图说明图1为外部磁体引导胶囊及阵列定位的装置组成示意图；图2为本专利技术流程图；图3为确定磁源估计位置示意图；图4为根据存储地磁数据B1确定最优相对位姿对应的地磁B3的示意图；其中，(a)为不旋转情况；(b)为旋转情况。其中，1-胶囊机器人，2-检测阵列，3-外部磁体，4-存储地磁和传感器芯片重合点，5-存储地磁和传感器芯片不重合点，6-旋转情况下某磁传感器芯片的总磁场。具体实施方式本专利技术提供了一种磁源磁场信号的检测方法，该方法应用于利用检测阵列跟踪外部磁体以检测磁源磁场信号的过程中，其基本思想是：预先存储外部磁体与检测阵列之间具有不同相对位姿时，检测阵列检测得到每种相对位姿对应的外部磁体磁场；在通过外部磁体引导磁源运动的条件下，需要进行磁源定位时，将检测阵列运动到外部磁体与检测阵列的多个相对位姿中的最优相对位姿上；在当前最优相对位姿处，检测阵列测量总磁场；从所述总磁场中去除最优相对位姿对应的外部磁体磁场以及地磁磁场，得到磁源磁场。可见，本专利技术在检测磁源磁场时，将检测阵列移动到最优位姿处，并从实时检测结果中减去预存的最优位姿处的外部磁体磁场，配合地磁磁场的去除，使得最终得到的磁源磁场的噪声更小。基于该高精度磁源磁场可以获得磁源的高精度位姿定位结果。下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。在本专利技术实施例中，将上述方案运用到胶囊内窥镜的胶囊机器人位姿检测中。胶囊机器人中设置了磁源。该实施例中使用的一种磁源磁场检测阵列装置主要包括外部磁体、胶囊机器人、检测阵列、外部磁体运动引导模块、阵列运动引导模块，其中：外部磁体和检测阵列分别设置在胶囊机器人的上下两侧，如图1所示。外部磁体通过与胶囊机器人内部安装的小磁体(磁源)发生磁交互作用，引导胶囊机器人在检测对象的体内运动，完成检查或活检等工作；检测阵列由多个检测磁场强度信号的磁传感器芯片组成，在胶囊机器人运动的过程中检测磁场变化，继而可以通过磁场数据获得胶囊机器人的位姿。外部磁体安装于外部磁体运动引导模块，其为外部磁体提供6个方向的运动；检测阵列安装于阵列运动引导模块，其为检测阵列提供6个方向的运动；基于上述硬件系统，本实施例胶囊机器人磁源磁场信号的检测方法的具体实施过程如下，参见图2，具体包括：步骤一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁源磁场信号的检测方法，该方法应用于利用检测阵列跟踪外部磁体以检测磁源磁场信号的过程，其特征在于，包括：步骤一、预先存储外部磁体与检测阵列之间具有不同相对位姿时，检测阵列检测得到的每种相对位姿对应的外部磁体磁场；步骤二、在通过外部磁体引导磁源运动的条件下，需要进行磁源定位时，将检测阵列运动到外部磁体与检测阵列的多个相对位姿中的最优相对位姿上；所述最优相对位姿的选取标准为：令磁源尽量靠近检测阵列的中心，使得与外部磁体相比，磁源的磁场所占比重增大；步骤三、在当前最优相对位姿处，检测阵列测量总磁场；从所述总磁场中去除最优相对位姿对应的外部磁体磁场以及地磁磁场，得到磁源磁场。

【技术特征摘要】
1.一种磁源磁场信号的检测方法，该方法应用于利用检测阵列跟踪外部磁体以检测磁源磁场信号的过程，其特征在于，包括：步骤一、预先存储外部磁体与检测阵列之间具有不同相对位姿时，检测阵列检测得到的每种相对位姿对应的外部磁体磁场；步骤二、在通过外部磁体引导磁源运动的条件下，需要进行磁源定位时，将检测阵列运动到外部磁体与检测阵列的多个相对位姿中的最优相对位姿上；所述最优相对位姿的选取标准为：令磁源尽量靠近检测阵列的中心，使得与外部磁体相比，磁源的磁场所占比重增大；步骤三、在当前最优相对位姿处，检测阵列测量总磁场；从所述总磁场中去除最优相对位姿对应的外部磁体磁场以及地磁磁场，得到磁源磁场。2.如权利要求1所述的磁源磁场信号的检测方法，其特征在于，所述步骤一为：固定检测阵列位姿，移动外部磁体到不同的多个位姿上；利用检测阵列测量磁场，该测量磁场减去检测阵列当前位姿对应的地磁磁场，得到各个相对位姿对应的外部磁体磁场。3.如权利要求2所述的磁源磁场信号的检测方法，其特征在于，步骤一中，所述检测阵列当前位姿对应的地磁磁场的获取方式为：检测阵列位姿固定后，在去除外部磁体和磁源的情况下，采用检测阵列中的每个磁传感器芯片测量磁场信号，得到检测阵列当前所处的地磁磁场。4.如权利要求1所述的磁源磁场信号的检测方法，其特征在于，所述步骤二中，根据令磁源尽量靠近检测阵列的中心的选取标准，确定最优相对位姿的方式为：利用磁源上一次检测位置以及外部磁体当前位置，获取磁源估计位置；根据判定指标，选取最优相对位姿；所述判定指标包括：①由检测阵列中心指向磁源估计位置的方向向量最接近由检测阵列中心指出的法向量方向；②磁源估计位置与检测阵列之间的垂直距离最小。5.如权利要求1或4所述的磁源磁场信号的检测方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬，周基阳，黄强，郝阳，赵石雷，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11