【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗设备，尤其涉及一种基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统与方法、可读存储介质。
技术介绍
1、胶囊内窥镜机器人：
2、胶囊内窥镜机器人主要由图像模块、通讯模块及发光模块等部件组成。受检者简单吞服下胶囊后，胶囊便随着人体胃肠道的蠕动而运动，同时胶囊中的各个模块也展开工作。通过胶囊的通讯模块，例如蓝牙将图像模块所采集的胃肠道情况传输至外部电脑，医生便可根据这些影像对患者病情做出相应判断并给出合理的治疗方案。
3、胶囊机器人磁悬浮系统：
4、胶囊机器人磁悬浮系统是给胶囊机器人提供外部磁场的系统，可以对胶囊机器人进行磁悬浮驱动的主动运动控制，意味着胶囊能够在胃肠道病灶点或可疑点驻足停留，能够大大提升诊疗准确率。根据磁悬浮系统的磁场产生来源，磁驱动方式又可分为电磁驱动和永磁驱动。电磁驱动是指通过多对电磁线圈组合在胶囊工作空间来产生精确的磁场。永磁驱动是指在胶囊的控制磁场源自外部永磁体，通过三维驱动平台或者机械臂带动永磁体的运动而产生不同的磁力及磁力矩驱动胶囊进行运动。
5、磁传感定位算法：
6、磁传感器可以感知当前位置受到的磁场强度，磁传感定位算法是指通过对传感器数值进行分析计算，得到胶囊机器人与传感器中心的相对位置的定位算法。
7、视觉反馈控制算法：
8、在传统的机器手臂视觉反馈控制算法中，机眼系统中机械臂末端执行器的工作平面与摄像头的互相位置固定，手眼系统中摄像头跟随机械臂末端执行器运动。通过分析摄像头采集到的图像信息，可以得到图
9、现有技术的缺陷如下：
10、1.针对现有的胶囊内窥镜机器人，其只具有单一图像采集功能，无法进一步实现胶囊机器人主动运动控制和传感定位的功能。
11、2.针对现有的胶囊机器人磁悬浮系统，其有两个问题，第一是使用永磁驱动时，由于控制磁场只能通过改变外部永磁体的位置和姿态，无法产生精确的磁场强度和梯度，因此在运动控制上存在一些限制；第二是使用电磁驱动时，是由于电磁线圈所产生的磁场梯度会随着距离衰减严重，导致电磁驱动系统的驱动能力普遍较弱是驱动系统的工作空间普遍狭小，胶囊的活动范围受限严重。
12、3.针对现有的磁传感定位算法，其存在两个问题，第一是在磁传感器的运行过程中会出现传感器读数随温度漂移，导致定位算法准确性不足；第二是定位算法的工作空间小，超出工作空间后胶囊机器人对磁传感器的磁场强度迅速衰减，导致读数也迅速下降。
13、4.针对现有的视觉反馈控制算法，其只适用于控制具有明确参数与运动控制模型的商用机械臂，较低的控制频率无法独立控制非线性的磁悬浮系统的电磁线圈输出。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统与方法、可读存储介质。
2、本专利技术的专利技术目的如下：
3、1.作为传统胃镜检查的替代技术，胶囊内窥镜技术有着广阔的前景。然而市面上大多数胶囊内窥镜功能单一，基本没有自主运动的能力，仅能依靠胃肠道自身蠕动而运动，这就导致医生因为病灶处的影像资料有限，无法对相应病灶点做更详细地评估。本专利技术旨在实现胶囊内窥镜的主动运动能力。
4、2.针对胶囊机器人磁悬浮系统，本专利技术旨在改变其驱动方式，采用永磁电磁联合驱动，同时使用永磁体和电磁线圈来控制胶囊机器人的稳定悬浮，提高胶囊的悬浮稳定性，并且通过正交导轨模块带动磁悬浮平台运动，进而控制磁胶囊主动运动，增大胶囊机器人的活动范围。
5、3.针对磁传感定位算法，本专利技术旨在于信号处理环节增加低通卡尔曼滤波器，能够减小或去除测量数据中的高频噪声成分从而获得更平滑的信号，去除外界电磁干扰及传感器温度上升引起的干扰。
6、4.针对视觉反馈控制算法，本专利技术旨在进行视觉反馈与磁传感器的信息融合，能够把视觉信息作用于识别较大范围的偏差，磁传感器的信息则作用于识别较小范围的偏差，根据偏差的大小选择视觉信息作用的反馈环节，实现胶囊机器人的稳定悬浮与主动控制。
7、本专利技术提供了一种基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统，包括磁悬浮平台、正交导轨模块、控制处理器以及胶囊机器人，其中，所述磁悬浮平台安装在所述正交导轨模块上，所述控制处理器分别与所述磁悬浮平台、正交导轨模块连接，所述控制处理器能够驱动所述磁悬浮平台产生控制电磁场，所述控制处理器能够驱动所述正交导轨模块进行移动，所述胶囊机器人在所述磁悬浮平台产生的控制电磁场的作用下能够在所述磁悬浮平台的中心位置保持稳定悬浮，当需要主动运动追踪病灶特征点时，所述控制处理器控制所述正交导轨模块向特征点方向匀速稳定运动，带动所述磁悬浮平台同步运动，所述胶囊机器人在所述磁悬浮平台产生的控制电磁场的作用下追踪特征点，完成主动运动。
8、作为本专利技术的进一步改进，所述磁悬浮平台包括磁传感模块和磁悬浮线圈模块，所述控制处理器能够驱动所述磁悬浮线圈模块产生控制电磁场，所述磁传感模块能够检测所述胶囊机器人的位置变化并传输给所述控制处理器。
9、作为本专利技术的进一步改进，所述磁传感模块、磁悬浮线圈模块均为中心对称布置，所述胶囊机器人的理想悬浮控制位置位于所述磁悬浮平台的中心位置，所述磁传感模块布置在所述磁悬浮平台的中心位置，在所述磁悬浮线圈模块的上方，所述胶囊机器人的下方。
10、作为本专利技术的进一步改进，所述控制处理器包括图像处理模块、导轨控制模块、信号处理模块和线圈控制模块，所述磁传感模块的信号输出端与所述信号处理模块的信号输入端连接，所述信号处理模块的信号输出端与所述线圈控制模块的信号输入端连接，所述线圈控制模块的信号输出端与所述磁悬浮线圈模块的信号输入端连接，所述磁悬浮线圈模块的信号输出端与所述胶囊机器人的信号输入端连接，所述图像处理模块的信号输出端与所述导轨控制模块的信号输入端连接，所述导轨控制模块的信号输出端与所述正交导轨模块的信号输入端连接，所述正交导轨模块的信号输出端与所述磁悬浮线圈模块的信号输入端连接。
11、作为本专利技术的进一步改进，所述信号处理模块对初始信号进行放大之后添加低通卡尔曼滤波器，去除测量数据中的高频噪声成分从而获得更平滑的信号。
12、作为本专利技术的进一步改进，所述线圈控制模块根据所述图像处理模块和所述信号处理模块的输入，将频率较高的信号处理模块的输入作为偏差主体，频率较低的图像处理模块的输入作为积分项，通过pid控制器输出电流到所述磁悬浮线圈模块。
13、作为本专利技术的进一步改进，所述胶囊机器人磁悬浮系统还包括摄像模块，所述摄像模块安装在所述胶囊机器人的头部，所述摄像模块的信号输出端与所述图像处理模块的信号输入端连接，所述摄像模块的微型内窥镜的光轴与所述胶囊机器人的主轴线重合，所述摄像模块具备led灯，能够在消化道环境提供光源。
14、作为本专利技术的进一步改进，所述图像处理模块对所述摄像模块得到的图像进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统，其特征在于：包括磁悬浮平台、正交导轨模块、控制处理器以及胶囊机器人，其中，所述磁悬浮平台安装在所述正交导轨模块上，所述控制处理器分别与所述磁悬浮平台、正交导轨模块连接，所述控制处理器能够驱动所述磁悬浮平台产生控制电磁场，所述控制处理器能够驱动所述正交导轨模块进行移动，所述胶囊机器人在所述磁悬浮平台产生的控制电磁场的作用下能够在所述磁悬浮平台的中心位置保持稳定悬浮，当需要主动运动追踪病灶特征点时，所述控制处理器控制所述正交导轨模块向特征点方向匀速稳定运动，带动所述磁悬浮平台同步运动，所述胶囊机器人在所述磁悬浮平台产生的控制电磁场的作用下追踪特征点，完成主动运动。
2.根据权利要求1所述的基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统，其特征在于：所述控制处理器包括图像处理模块、导轨控制模块、信号处理模块和线圈控制模块，所述磁传感模块的信号输出端与所述信号处理模块的信号输入端连接，所述信号处理模块的信号输出端与所述线圈控制模块的信号
4.根据权利要求3所述的基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统，其特征在于：
5.根据权利要求2所述的基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统，其特征在于：
6.一种基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮方法，其特征在于：提供如权利要求1至5中任一项所述的基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统，基于所述胶囊机器人磁悬浮系统进行胶囊稳定悬浮控制流程，包括：
7.根据权利要求6所述的基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮方法，其特征在于，
8.根据权利要求6所述的基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮方法，其特征在于：基于所述胶囊机器人磁悬浮系统进行胶囊主动运动控制流程，包括：
9.根据权利要求8所述的基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮方法，其特征在于，
10.一种可读存储介质，其特征在于：所述可读存储介质中存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求6至9中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统，其特征在于：包括磁悬浮平台、正交导轨模块、控制处理器以及胶囊机器人，其中，所述磁悬浮平台安装在所述正交导轨模块上，所述控制处理器分别与所述磁悬浮平台、正交导轨模块连接，所述控制处理器能够驱动所述磁悬浮平台产生控制电磁场，所述控制处理器能够驱动所述正交导轨模块进行移动，所述胶囊机器人在所述磁悬浮平台产生的控制电磁场的作用下能够在所述磁悬浮平台的中心位置保持稳定悬浮，当需要主动运动追踪病灶特征点时，所述控制处理器控制所述正交导轨模块向特征点方向匀速稳定运动，带动所述磁悬浮平台同步运动，所述胶囊机器人在所述磁悬浮平台产生的控制电磁场的作用下追踪特征点，完成主动运动。
2.根据权利要求1所述的基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的基于磁传感与视觉反馈的胶囊机器人磁悬浮系统，其特征在于：所述控制处理器包括图像处理模块、导轨控制模块、信号处理模块和线圈控制模块，所述磁传感模块的信号输出端与所述信号处理模块的信号输入端连接，所述信号处理模块的信号输出端与所述线圈控制模块的信号输入端连接，所述线圈控制模块的信号输出端与所述磁悬浮线圈模块的信号输入端连接，所述磁悬浮线圈模块的信号输出端与所述胶囊机器...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋霜，冯致远，王焦乐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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