在胃肠道检测领域,对于生理环境复杂的胃肠深处区域,传统内窥镜不能有效完成检测,而且检测过程中都需要病人自己承受很大痛苦,胶囊内窥镜的成功诞生使这个问题迎刃而解。为了解决被动型胶囊窥镜的运动不可控性,尤其是为了解决在人体胃部、结肠等宽裕环境内的诊疗问题,我们课题组提出并研发了一种由旋转磁矢量控制的双半球胶囊,实现了胶囊在胃肠道中的主动行进和定点观察两种工作状态的分离。在胶囊机器人进行检测过程中,它的姿态信息非常重要,获得实际姿态信息可为实现双半球胶囊姿态的反馈控制,提高轴线方位的控制精度奠定基础,同时实现对病变区域的准确定位与诊疗,辅助医生判断病变区域。目前,获得胶囊机器人姿态信息主要是通过传感器等硬件设备识别姿态,这种方法操作复杂,占用空间大,限制了胶囊的功能扩展;并且通过仅依靠图像获取姿态信息的方法在宽裕腹腔环境内不能获得胶囊完整姿态信息。为此,本文提出一种基于磁矢量标定和视觉图像结合的双半球胶囊姿态检测方法。首先,介绍双半球胶囊机器人的结构特性和工作原理,对双半球胶囊的姿态信息进行了分析,并且以空间万向旋转磁矢量误差模型确定出最小误差方位,作为双半球胶囊被动模态下调姿的初始位置。然后,对双半球胶囊及其内嵌相机建立坐标系,确定出相机的姿态与双半球胶囊的姿态等效的特殊位置关系,将根据相机获取的图像与双半球胶囊的姿态估计之间建立了联系。最后,根据对内嵌相机获取的图像信息进行特征点识别与匹配,结合多视图几何相关约束,在胃部和结肠等宽裕环境内完成对双半球胶囊轴线方位的检测,并进行了体外猪大肠试验和双半球胶囊调姿试验,验证了本文经过研究提出的双半球胶囊姿态估计方法的实际可行性。理论和试验结果表明,根据机器人内嵌相机获取的图像信息,可以实现双半球胶囊被动模态下自转角、侧摆角和俯仰角姿态的检测。尽管俯仰角或者侧摆角的估计值与实际值存在一定误差,由于双半球胶囊在肠道环境中行走具有一定容错性,该精度可以用来控制机器人主动行走。本文提出的视觉姿态检测方法可避免磁场干扰,占用硬件资源少,内嵌视觉系统可实现姿态检测和诊疗两种功能,胶囊结构不需任何改变即可满足姿态估计实时精度要求,为提高病变区域的准确诊疗奠定了基础。