[发明专利]一种用于多磁性目标的胶囊机器人定位方法

说明书

本发明涉及磁性目标定位技术领域，具体涉及一种用于多磁性目标的胶囊机器人定位方法，本方法基于常用的Levenberg‑Marquarelt优化算法进行改进，实现一种两个及以上的多磁性目标的胶囊机器人精确定位方法。首先建立磁场坐标系和多磁性目标的数学模型；其次使用神经网络算法生成永磁体初值，利用数学模型计算对应的磁传感器位置上的磁场值，建立误差函数；最后，使用算法迭代公式更新误差函数使得其收敛，在不断优化误差函数的过程中达到精确定位的目的，从而解决了现有的定位方法当初值不合适会陷入局部最优的不足，可能导致整体定位效果较差的问题。

技术领域

本发明涉及磁性目标定位技术领域，尤其涉及一种用于多磁性目标的胶囊机器人定位方法。

背景技术

磁控胶囊机器人，即在微型胶囊外壳里内置一个永磁体，通过外部的磁场控制永磁体的运动轨迹即可以控制胶囊体的运动，若在胶囊内部放置摄像头、传感器等电子元件便可以完成看诊、治疗等更多的医疗诊疗。而作为医疗领域的新型技术，胶囊机器人近几年发展迅速，在众多的无线技术中，磁控技术能够不受物体遮挡、光线干扰等的限制和约束，相较于X光线、CT检查、核磁共振等检查技术，由磁场控制的胶囊机器人对身体的伤害几乎可以忽略不计。这也是胶囊机器人可以快速应用于医疗诊治手术的原因之一。

专利(专利号CN113156525A)公开了一种基于神经网络的水下多磁目标定位方法，利用单目标的磁模型进行融合变成多目标的磁场模型，再使用改进的神经网络和生成的神经网络数据进行训练，这种方法局限于训练好的神经网络数据，需要很复杂的神经网络训练集才有可能保证定位的精度。专利(专利号CN101361660A)公开了一种多磁性目标的定位方法及定位系统，利用非线性优化算法对物体进行定位，根据目标的绝对坐标系位置进行相对定位，这种方法对优化算法的要求高，需要有一个较好的初值，否则只能进行相对定位。

采用上述方式，当初值不合适会陷入局部最优的不足，可能导致整体定位效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多磁性目标的胶囊机器人定位方法，旨在解决现有的定位方法当初值不合适会陷入局部最优的不足，可能导致整体定位效果较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于多磁性目标的胶囊机器人定位方法，包括以下步骤：

建立磁传感器坐标系、世界坐标系、永磁体坐标系和数学模型；

将多磁体目标的姿态数据和磁场数据代入神经网络算法中计算，得到多磁体目标的初始位姿；

使用改进的优化算法对所述磁传感器理论值和实测值进行迭代优化，完成定位。

其中，所述将多磁体目标的姿态数据和磁场数据代入神经网络算法中计算，得到多磁体目标的初始位姿，包括：

对所述世界坐标系下的已知多磁体目标姿态数据通过变换，得到用于改进初值算法的姿态数据；

根据所述世界坐标系下的所述磁传感器坐标得到已知多磁体目标姿态数据对应的磁场数据；

将所述的已知多磁体目标姿态数据和与其对应的磁场数据带入所述算法模型进行计算，得到多磁体目标第一姿态值。

其中，所述根据所述世界坐标系下的所述磁传感器坐标得到已知多磁体目标姿态数据对应的磁场数据，包括：

对所述世界坐标系下的磁传感器坐标通过变换矩阵转换，得到永磁体坐标系下磁传感器坐标；

基于所述永磁体坐标系下磁传感器坐标和永磁体积分模型进行计算，得到第一磁场值；

将所述第一磁场值通过旋转矩阵变换到所述世界坐标系下，得到已知多磁体目标姿态数据对应的磁场数据。

其中，所述改进的优化算法对所述磁传感器理论值和实测值进行迭代优化，完成定位，包括: