[發(fā)明專(zhuān)利]用于磁定位和致動(dòng)系統(tǒng)的同步校準(zhǔn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911256308.1
• 申請(qǐng)日: 2019-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111289923A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅廷·西蒂;孫東勛;董曉光
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 馬克思-普朗克科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R33/00
• 分類(lèi)號(hào): G01R33/00;G01C25/00
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 易皎鶴

本發(fā)明涉及一種同步校準(zhǔn)用于工作空間的磁致動(dòng)和感測(cè)系統(tǒng)的方法，其中，所述致動(dòng)系統(tǒng)包括多個(gè)磁致動(dòng)器，以及所述感測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)磁傳感器，其中，所有已測(cè)量數(shù)據(jù)饋送至校準(zhǔn)模型，其中，所述校準(zhǔn)模型是基于傳感器測(cè)量模型和磁致動(dòng)模型的，且其中，經(jīng)由數(shù)值解算器找到模型參數(shù)的解，使得同時(shí)校準(zhǔn)致動(dòng)和感測(cè)系統(tǒng)兩者。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及同步校準(zhǔn)用于工作空間的磁致動(dòng)和感測(cè)系統(tǒng)的方法，其中，致動(dòng)系統(tǒng)包括多個(gè)磁致動(dòng)器，并且感測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)磁傳感器。

背景技術(shù)

磁致動(dòng)膠囊內(nèi)窺鏡(Magnetically actuated capsule endoscopes，MACEs)屬于前景廣闊的醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，用以在胃腸(gastrointestinal，GI)道中進(jìn)行微創(chuàng)診斷。MACE定位和致動(dòng)是早已熟知的。在各種的定位方法中，由于使用外部磁傳感器陣列的磁定位技術(shù)最小化必要膠囊組件的體積、能量消耗和復(fù)雜性，其對(duì)于實(shí)際應(yīng)用是更有前景的。對(duì)于膠囊的致動(dòng)，基于電磁體的致動(dòng)相比基于永磁體的致動(dòng)更為安全。

由于遠(yuǎn)程致動(dòng)裝置僅需包括單線(xiàn)態(tài)磁體，磁定位和致動(dòng)技術(shù)的結(jié)合是有益的。對(duì)于具有尺寸限制的機(jī)器人(諸如機(jī)器人膠囊內(nèi)窺鏡)特別地重要，這個(gè)方法相較于具有另外跟蹤工具的裝置減少了所需的體積。可利用節(jié)省的體積用于其它可提高診斷質(zhì)量的關(guān)鍵功能，諸如高質(zhì)量視頻或高容量電池。

這兩個(gè)系統(tǒng)的結(jié)合可具有各種配置和需要高的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)楦袦y(cè)和致動(dòng)系統(tǒng)共享磁場(chǎng)，其中，來(lái)自機(jī)器人和致動(dòng)系統(tǒng)的磁場(chǎng)堆疊到一起。在這樣的情況下，機(jī)器人磁場(chǎng)與致動(dòng)器的磁場(chǎng)的解耦依靠于精確校準(zhǔn)的參數(shù)磁模型。

更多的，隨著時(shí)間推移，傳感器和致動(dòng)器的增益值(參數(shù)值)可漂移，且因此這樣的致動(dòng)器和傳感器需要在一定時(shí)間周期(諸如一周)內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)。因此，特別是對(duì)于醫(yī)學(xué)成像和掃描裝置，不得不減少在校準(zhǔn)階段的停機(jī)時(shí)間。

不準(zhǔn)確的致動(dòng)和感測(cè)模型可導(dǎo)致機(jī)器人錯(cuò)誤的定位和取向評(píng)估。這可引起對(duì)于磁機(jī)器人控制的錯(cuò)誤或故障。

對(duì)于校準(zhǔn)經(jīng)結(jié)合的磁致動(dòng)和感測(cè)系統(tǒng)的已知方式是獨(dú)立地校準(zhǔn)致動(dòng)系統(tǒng)和感測(cè)系統(tǒng)。為了磁傳感器系統(tǒng)的校準(zhǔn)，每個(gè)傳感器的位置、取向和增益可被單獨(dú)地或同時(shí)地被校準(zhǔn)。

另外校準(zhǔn)致動(dòng)系統(tǒng)的方法，例如，對(duì)于多核電磁體致動(dòng)系統(tǒng)是已知的。一個(gè)這樣的方法使用具有多極磁場(chǎng)模型的數(shù)值優(yōu)化。當(dāng)致動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，使用預(yù)校準(zhǔn)高斯計(jì)收集測(cè)量數(shù)據(jù)。

這兩種用于校準(zhǔn)的方法的缺點(diǎn)為它們不能被結(jié)合并就此被同步執(zhí)行。同步校準(zhǔn)方法在幾個(gè)方面(諸如提高校準(zhǔn)過(guò)程的準(zhǔn)確性和速度)可優(yōu)于分離的校準(zhǔn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法和系統(tǒng)，其中可以憑借提高校準(zhǔn)過(guò)程的準(zhǔn)確性和速度來(lái)執(zhí)行校準(zhǔn)過(guò)程。

該目的可通過(guò)具有各個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求的特征的同步地校準(zhǔn)用于工作空間的磁致動(dòng)和感測(cè)系統(tǒng)的方法以及磁致動(dòng)和感測(cè)系統(tǒng)來(lái)滿(mǎn)足。

根據(jù)本發(fā)明，該方法包括下面的步驟：

-通過(guò)向所述磁致動(dòng)器施加多個(gè)電流，在所述工作空間產(chǎn)生多個(gè)任意磁場(chǎng)；

-利用在所述工作空間中的所述感測(cè)系統(tǒng)測(cè)量每個(gè)磁場(chǎng)，并且利用電流傳感器測(cè)量每個(gè)相應(yīng)的電流；

-利用所述感測(cè)系統(tǒng)在所述工作空間層中的任意位置和取向的測(cè)量隨機(jī)已知樣本磁體的磁場(chǎng)；以及

-將所有所測(cè)量的數(shù)據(jù)饋送至校準(zhǔn)模型中，其中，所述校準(zhǔn)模型是基于傳感器測(cè)量模型和磁致動(dòng)模型的，并且經(jīng)由數(shù)值解算器找到所述模型參數(shù)的解，以便同時(shí)校準(zhǔn)所述致動(dòng)和感測(cè)系統(tǒng)兩者。

在同步校準(zhǔn)方法中，未校準(zhǔn)傳感器和致動(dòng)器用作各自的校準(zhǔn)源。盡管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在校準(zhǔn)之前是不準(zhǔn)確的，用于感測(cè)和致動(dòng)系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)通過(guò)校準(zhǔn)模型的屬性來(lái)同步校準(zhǔn)。假設(shè)電流傳感器在校準(zhǔn)之前是預(yù)校準(zhǔn)過(guò)的，并且磁傳感器的位置是已知的。