多目标磁定位技术的研究

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1、硕士学位论文多目标磁定位技术的研究STUDYONMULTITARGETMAGNETICPOSITIONINGTECHNOLOGY邱肖肖哈尔滨工业大学2018年1月国内图书分类号：TP242.3学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文多目标磁定位技术的研究硕士研究生：邱肖肖导师：宋霜申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.3U.D.C:681.5Adissertationsubmittedinpartialfulfi

2、llmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringSTUDYONMULTITARGETMAGNETICPOSITIONINGTECHNOLOGYCandidate：QIUXiaoxiaoSupervisor：SONGShuangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：

3、December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要现代医学外科手术治疗特点之一是微创治疗。虽然现有的手术导航系统各方面发展已经比较成熟，但在实际手术中外科医生所遇到的问题并没有很好的解决。在手术导航系统中，常有视线的约束，如物体的遮挡、周围光线干扰、金属物体镜面反射等影响，导致跟踪数据丢失、产生严重错误及伪目标等问题。微创手术中，对目标的定位跟踪，尤其是体内的跟踪，需要一种无线无源定位系统来实现。与传统的手术导航系统相比，磁定位跟踪系

4、统具有目标体积小，无视线约束，精度高等优点。所以本课题设计了一种多目标磁定位系统，并研制样机，开展实验研究。本课题通过对圆柱磁体磁场建模，分析和比较了两种不同的磁场模型。基于网格法对传感器的布局策略进行优化。基于磁模型和布局优化结果，建立了磁传感器布局阵列，设计和搭建了多目标磁定位系统。通过对多目标磁定位技术的应用的探索，实现了目标的6DoF定位和微型机器人的实时定位与驱动。通过将两个一样的磁铁以磁极相反的方式组合成定位目标，实现了目标的6DoF定位，并通过实验验证了该6DoF定位方法的有效性。为了得到更好的定位效果，通过采用两个不同大小的磁铁和基于两个磁

5、铁间约束关系，对上述6DoF定位方法进行了改进。通过实验验证了改进方法的有效性，并采用不同的磁铁对进行实验，检测磁铁的大小对定位误差的影响。通过将主动磁铁和被驱动磁铁都当作定位目标的方法，实现了微型机器人的实时定位与导航。磁驱动试验验证了在该实验平台上，可以实现磁铁的4DoF驱动和5DoF定位。导航模拟实验和驱动定点实验验证了该方法的有效性。关键词：磁定位系统；传感器布局；优化算法；6DoF定位；导航-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractOneofthefeaturesofmodernmedicalsurgicaloperationismin

6、imallyinvasivetreatment.Althoughtheexistingsurgicalnavigationsystemdevelopmenthasbeenrelativelymatureinallaspects,theproblemsencounteredbysurgeonsduringtheactualoperationarenotwellsolved.Theoperationnavigationsystemiseasytobeaffectedbytheocclusionofobjects,thesurroundinglightandth

7、emirrorreflectionofmetalobjects,leadingtothelossoftrackingdata,seriouserrorsandfalsetargets.Minimallyinvasivesurgery,locationtracking,andinvivotrackinginparticular,requiresawirelesspassivelocalizationsystem.Comparedwithtraditionalsurgicalnavigationsystem,magneticpositioningtrackin

8、gsystemhastheadvantagesofsmalltar