CN114487968A - 一种磁球校准方法和磁球校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁球校准方法和磁球校准装置。本发明的磁球校准方法包括磁球绕第一轴和第二轴转动，获取转动过程中检测位置处的三轴磁场分量的检测数据；根据所述检测数据，得到所述磁球的校准位置；根据所述磁球的校准位置，校准所述磁球；其中，所述磁球位于所述校准位置时，所述磁球的磁极化方向与第二轴重合；所述第一轴与所述第二轴相互垂直；所述三轴磁场分量包括X轴磁场分量、Y轴磁场分量和Z轴磁场分量；所述Z轴磁场分量的方向与所述第二轴的方向重合；所述Y轴磁场分量与所述第一轴的方向重合。根据本发明的磁球校准方法、磁球校准装置，能够方便、快捷、准确地校准磁球。

Description

一种磁球校准方法和磁球校准装置

技术领域

本发明涉及磁控技术领域和胶囊内窥镜技术领域，特别涉及一种磁球校准方法和磁球校准装置。

背景技术

胶囊内窥镜，可以在外部磁控装置的主动控制下，进行详细而全面的检查，与插管内镜相比，胶囊内窥镜具有舒适性好、交叉感染风险低等优点，致使其在临床应用上普及率不断提高。

对于磁控胶囊内窥镜***而言，外部磁控装置上的永磁体(通常为磁性球体，即磁球)是控制胶囊内窥镜运动的核心部件。通过控制磁球的姿态和/或位置等实现磁场变化，胶囊内窥镜能够根据该变换的磁场实现对应平移、旋转和翻转等运动。并且，磁球通过磁场方向而影响胶囊内窥镜的姿态。在实际使用中，永磁体磁场方向的不确定或者磁极位置发生偏差，会导致胶囊内窥镜的姿态角度误差较大，影响胶囊内窥镜姿态的精准度，进而影响胶囊内窥镜的信息采集的准确性。对于胶囊内窥镜的外部磁控装置，在使用时，需要校准其中磁球的方向。

在现有技术中，通常使用多个传感器获得磁场数据以确定磁球的磁场方向。该方法虽然能够准确的确定磁球方向，但过程繁琐、操作复杂，不利于广泛地应用。

因此，希望需要一种更加简便、便捷且精准的磁球校准方法和磁球校准装置。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种磁球校准方法、磁球校准装置，从而准确、方便、快捷地校准磁球。

根据本发明的一方面，提供一种磁球校准方法，包括以下步骤：

磁球绕第一轴和第二轴转动，获取转动过程中检测位置处的三轴磁场分量的检测数据；

根据所述检测数据，得到所述磁球的校准位置；

根据所述磁球的校准位置，校准所述磁球；

其中，所述磁球位于所述校准位置时，所述磁球的磁极化方向与第二轴重合；

所述第一轴与所述第二轴相互垂直；

所述三轴磁场分量包括X轴磁场分量、Y轴磁场分量和Z轴磁场分量；

所述Z轴磁场分量的方向与所述第二轴的方向重合；所述Y轴磁场分量与所述第一轴的方向重合。

可选地，所述磁球绕第一轴转动第一角度，获取转动过程中检测位置处的三轴磁场分量的检测数据；

根据所述磁球绕第一轴转动第一角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，得到磁球绕第一轴转动的第一校准位置V₀；

将所述磁球转动至所述第一校准位置V₀，再将所述磁球绕所述第一轴转动第二角度；

所述磁球绕第二轴转动第三角度，获取转动过程中检测位置处的三轴磁场分量的检测数据；

根据所述磁球绕第二轴转动第三角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，得到所述磁球绕所述第二轴转动时的第二校准位置H₀。

可选地，所述第一角度大于360°，或为540°；

所述第二角度大于或等于10°，且所述第二角度小于或等于80°，或为45°；

所述第三角度大于360°，或为540°。

可选地，得到磁球绕第一轴转动的第一校准位置V₀，包括：

根据所述磁球绕第一轴转动第一角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，判断Z轴方向磁场强度分量最大值或最小值对应的磁球的位置为第一校准位置V₀；

得到磁球绕第二轴转动的第二校准位置H₀，包括：

根据所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据及对应的转动角度，判断Y轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀；

或，根据所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据及对应的转动角度，判断X轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀。

可选地，得到磁球绕第一轴转动的第一校准位置V₀，包括：

在所述磁球绕所述第一轴转动第一角度过程中，根据所述检测数据得到Z轴方向上的磁场强度分量随所述磁球转动角度的曲线，所述曲线上最大值或最小值对应的磁球转动角度为第一校准位置V₀；

得到磁球绕第二轴转动的第二校准位置H₀，包括：

在所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中，根据所述检测数据得到Y轴方向上的磁场强度分量随所述磁球转动角度的曲线，判断Y轴方向上的磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀；

或，根据所述磁球转动所述第三角度过程中的磁场强度分量的检测数据及对应的转动角度，判断X轴方向上的磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀。

根据本发明的另一方面，提供一种磁球校准装置，所述磁球具有沿主轴方向的磁极，包括：

驱动单元，用于驱动所述磁球绕转动，包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元用于驱动所述磁球绕第一轴转动，所述第二驱动单元用于驱动所述磁球绕第二轴转动，并根据校准位置校准所述磁球；

三轴磁场传感器，邻近所述磁球设置，以获取所述磁球在转动过程中在三轴磁场分量的检测数据；以及

数据处理单元，与所述三轴磁场传感器相连接，以接收所述三轴磁场分量的检测数据，并且根据所述检测数据在所述转动过程中随所述磁球转动角度的变化获得所述磁球的校准位置，

其中，所述磁球位于所述校准位置时，所述主轴与第二轴重合；

所述第一轴与所述第二轴相互垂直；

所述三轴磁场分量包括X轴磁场分量、Y轴磁场分量和Z轴磁场分量；

所述Z轴磁场分量的方向与所述第二轴的方向重合；所述Y轴磁场分量与所述第一轴的方向重合。

可选地，所述第一驱动单元用于驱动所述磁球绕第一轴转动第一角度；

所述数据处理单元包括第三处理单元，所述第三处理单元用于根据所述磁球绕第一轴转动第一角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，得到磁球绕第一轴转动的第一校准位置V₀；

所述第一驱动单元将所述磁球转动到第一校准位置V₀，所述第一驱动单元还用于所述磁球绕所述第一轴转动第二角度；

所述第二驱动单元用于驱动所述磁球绕第二轴转动第三角度；

所述数据处理单元包括第四处理单元，所述第四处理单元用于根据所述磁球绕第二轴转动第三角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，得到所述磁球绕所述第二轴转动时的第二校准位置H₀。

可选地，所述第一角度大于360°，或为540°；

所述第二角度大于或等于10°，且所述第二角度小于或等于80°，或为45°；

所述第三角度大于360°，或为540°。

可选地，所述第三处理单元还用于

根据所述磁球绕第一轴转动第一角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，判断Z轴方向磁场强度分量最大值或最小值对应的磁球的位置为第一校准位置V₀；

所述第四处理单元还用于：

根据所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据及对应的转动角度，判断Y轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀；

或，根据所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据及对应的转动角度，判断X轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀。

可选地，所述第三处理单元还用于：

在所述磁球绕所述第一轴转动第一角度过程中，根据所述检测数据得到Z轴方向上的三轴磁场分量随所述磁球转动角度的曲线，所述曲线上最大值或最小值对应的磁球转动角度为第一校准位置V₀；

所述第四处理单元还用于：

在所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中，根据所述检测数据得到Y轴方向上的三轴磁场分量随所述磁球转动角度的曲线，判断Y轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀；

或，根据所述磁球转动所述第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据及对应的转动角度，判断X轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀。

可选地，所述第一轴或所述第二轴穿过所述三轴磁场传感器；

所述检测位置处包括所述三轴磁场传感器所在的位置。

根据本发明实施例的磁球校准装置和磁球校准方法，使用一个三轴磁传感器来确定磁球方向，操作简单，能够方便、快捷、准确地校准磁球，为胶囊内窥镜姿态的判断提供精准的依据。

根据本发明实施例的磁球校准装置，三轴磁传感器和两个旋转轴固定不动，便于磁球校准装置的一体化设计。

根据本发明实施例的磁球校准装置和磁球校准方法，依次使磁球转动不同角度来完成磁球的校正，校正的精度高，从而有利于精确地控制胶囊的姿态。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的磁球的磁场分布示意图；

图2示出了根据本发明第一实施例的磁球校准装置的立体示意图；

图3示出了根据本发明第一实施例的磁球校准方法的流程图；

图4示出了根据本发明第二实施例的磁球校准方法的流程图；

图5示出了根据本发明实施例的磁球校准后的示意图；

图6示出了根据本发明第二实施例的一个可选实施例的磁球校准方法的流程图；

图7示出了根据本发明第三实施例的磁球校准方法的流程图；

图8示出了根据本发明第四实施例的磁球校准装置的结构示意图；

图9示出了根据本发明实施例的磁场值周期性变化曲线。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

图1示出了根据本发明实施例的磁球10的磁场分布示意图。如图1所示，本发明实施例的磁球10具有沿主轴方向的磁极(特定方向的磁场)。主轴与磁球N磁极和S磁极的连线重合，是磁球上的一条特定的轴。根据本发明实施例的磁球10，其某一直径的两端分别为N磁极和S磁极。磁球10的磁场分布例如通过图1中的磁感线所示。

图2示出了根据本发明第一实施例的磁球校准装置的立体示意图。如图2所示，一方面本发明的实施例提供了一种磁球校准装置，包括三轴磁场传感器20、驱动单元和数据处理单元60。磁球10包括第一方向和第二方向，其中，第一方向为磁球10绕第一轴110转动的方向，第二方向为磁球10绕第二轴转动的方向。

驱动单元包括第一驱动单元40和第二驱动单元50；

第一驱动单元40用于驱动磁球10在第一方向上转动；

第二驱动单元50用于驱动磁球10在第二方向上转动；

三轴磁场传感器20邻近磁球10设置，以获取磁球10在转动过程中在三轴磁场分量的检测数据；以及

数据处理单元60，与三轴磁场传感器20相连接，以接收三轴磁场分量的检测数据，并且根据检测数据在转动过程中随磁球10转动角度的变化获得磁球10的校准位置。

其中，磁球10位于校准位置时，主轴与第二轴方向重合；第一轴与第二轴相互垂直；三轴磁场分量包括X轴磁场分量、Y轴磁场分量和Z轴磁场分量；Z轴磁场分量的方向与第二轴方向重合；Y轴磁场分量与第一轴的方向重合。

具体地讲，磁球10可绕第一轴110和\或第二轴120转动(即在第一方向和/或第二方向上转动)，并且在磁球10的运动过程中，第一轴110相对于第二轴120保持固定的姿态(例如固定的夹角)。可选地，第一轴110和/或第二轴120的转轴的位置固定，或者上述转轴固定安装于胶囊内窥镜***中。优选地，第一轴110和第二轴120均穿过磁球10的球心，且第一轴110垂直于第二轴120。据此建立三轴(三维直角坐标系)。可选地，在该坐标系中，第一轴110所在直线为Y轴，将磁球10的球心为原点。三轴磁场分量即三维直角坐标系的三个轴上的磁场分量。

可选地，三轴磁场分量由三轴磁场传感器20本身的方向确定，具体地，由该传感器的芯片(未图示)确定。上述三轴磁场分量的三轴方向分别为：垂直于芯片平面向上为Z₁轴，X₁轴和Y₁轴平行于芯片平面。其中，芯片的X₁轴、Y₁轴和Z₁轴的方向与三维直角坐标系中的X轴、Y轴和Z轴的方向对应一致。后文三轴磁场分量的三轴中均以三维直角坐标的三轴进行描述，即三轴磁场分量包括X轴磁场分量、Y轴磁场分量和Z轴磁场分量；Z轴磁场分量的方向与第二轴120的方向重合；Y轴磁场分量与第一轴110的方向重合。

参见图3所示，根据上述装置磁球校准方法可包括如下步骤：

磁球10绕第一轴110和第二轴120转动，三轴磁场传感器20获取转动过程中检测位置处的三轴磁场分量的检测数据；

根据检测数据，得到磁球10的校准位置；

根据磁球10的校准位置，校准磁球10。

进行校准时，第一驱动单元40驱动磁球10绕第一轴110(在第一方向上)转动预设角度，第二驱动单元50驱动磁球10绕第二轴120(在第二方向上)转动预设角度。可选地，第一驱动单元40驱动磁球10绕第一轴110旋转(第一角度)，第二驱动单元50驱动磁球10绕第二轴120旋转(第三角度)。并且，磁球校准装置还包括邻近磁球10放置的三轴磁场传感器20，用于检测磁球10的磁场强度，尤其是磁球10转动过程中的磁场强度变化。

在一实施例中，第一驱动单元40可以位于磁球10的侧面(例如磁球10两侧)，用于驱动磁球10绕第一轴110旋转。

更加具体地，三轴磁场传感器20位于磁球10的正上方(如图2所示，即沿Z轴位于磁球10的顶端)，用于检测磁球10在三轴方向上的磁场强度(即三维空间各方向上的磁场强度)。而在本发明的其他实施例中，三轴磁场传感器20还可以设置于其他位置，只要确保其能够精准地获取磁球10转动过程中的磁场强度数据即可。在一个具体实施例中，检测数据可以包括三轴磁场强度分量以及磁球10的转动角度。

三轴磁场传感器20邻近磁球10放置以检测磁球10在转动过程中的三轴磁场分量的检测数据(例如检测磁球10在三维空间内各个方向上的磁场强度)。在本发明的实施例中，三轴磁传感器20与磁球10表面之间的距离，可以根据磁球10的磁场强度和/或三轴磁场传感器20感应的灵敏度等进行调节。在本发明不对三轴磁场传感器20距离磁球10外表面的距离进一步限定，只要确保三轴磁传感器20能够精准地获取磁球10的磁场强度数据即可。此外，本实施例中的第一驱动单元40可以直接控制磁球10转动，也可以通过传动部件(未图示)控制磁球10转动，在此不再赘述。

数据处理单元60与三轴磁场传感器20连接以接收三轴磁场分量的检测数据，并且根据检测数据随磁球10转动的变化获得磁球10的校准位置。其中，数据处理单元60与三轴磁场传感器20之间的连接可以是有线连接也可以是无线连接。在一具体实施例中，数据处理单元60接收到检测数据后，根据三轴磁场分量与磁球10的转动角度之间的关系得到磁球10的校准位置。之后，数据处理单元60根据该校准位置，确定磁球10需要转动的角度，并由驱动单元驱动磁球10转动，从而完成校准。

出于便于安装和提高测量精度的考量，在一可选实施例中，第一轴110或第二轴120穿过三轴磁场传感器20，此时，该三轴磁场传感器所在的位置即可作为检测位置。

如图2所示，在本发明的一个优选实施例中，三轴磁场传感器20、第一驱动单元40和第二驱动单元50安装位置相对固定，便于磁球校准装置的一体化设计。为了简化胶囊内窥镜***的结构，在本发明的实施例中，第一驱动单元40和第二驱动单元50可以为胶囊内窥镜***中磁控装置上驱动磁球10转动的驱动组件。

在本发明的可选实施例中，为了支撑三轴磁场传感器20，邻近磁球10的位置处例如设有磁场板30，磁场板30上设置有三轴磁场传感器20。其中，磁场板30用于安装三轴磁场传感器20，且磁场板30整体结构偏平，占用空间小，又能够全面覆盖磁球10，便于灵活安装三轴磁场传感器20，有利于减小整体装置的体积，在本申请的其他实施例中磁场板30还可以是其他固定三轴磁场传感器20的结构，在此不再赘述。

在本发明的可选实施例中，数据处理单元60还包括第三处理单元(未图示)和第四处理单元(未图示)。磁球校准装置还包括第二驱动单元50。第一驱动单元40在驱动磁球10绕第一轴110转动第一角度后，驱动磁球10绕所述第一轴10转动第二角度。在磁球10转动第二角度后，第二驱动单元50用于驱动磁球10绕第二轴120转动第三角度。第三处理单元用于根据磁球10绕第一轴转动第一角度过程中的三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，得到第一方向上的校准位置。第四处理单元用于根据磁球10绕第二轴转动第三角度过程中三轴磁场传感器20获取的磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，得到第二方向上的校准位置。

在本发明的可选实施例中，磁球校准装置还包括可读存储介质，用于存储数据，可读存储介质例如分别与数据处理单元60和三轴磁场传感器20相连接。可选地，可读存储介质与数据处理单元60相连接以存储数据处理单元60运算得到的数据和/或数据处理单元60要接收的数据(例如三轴磁场传感器20获取的检测数据和/或磁球10的运动数据)。可选地，可读存储介质与三轴磁场传感器20相连接以存储三轴磁场传感器20获取的检测数据。

图4示出了根据本发明第二实施例的磁球校准方法的流程图。根据本发明第二实施例的磁球校准方法，校准位置是磁球10转动过程中磁场强度为最大值或最小值的位置。本实施例的方法包括以下步骤：

在步骤S301中，将磁球10绕着第一轴110匀速转动第一角度，记录转动过程中的三轴磁场分量的检测数据，其中，第一角度大于360°。

在本步骤的磁球10绕着第一轴110转动的过程中，三轴磁场传感器20获取多组检测位置处的三轴磁场分量的检测数据(b_x0，b_y0，b_z0)，(b_x1，b_y1，b_z1)，…，(b_xn，b_yn，b_zn)。其中，三轴磁场分量的检测数据的数值有正有负，其中的正负表示磁场的方向。

在步骤S302中，根据磁球10转动第一角度过程中记录的三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，确定第一校准位置V₀。

根据磁球10转动第一角度过程中的三轴磁场分量的检测数据，找到测量过程中Z轴方向上磁场强度为最大值是所对应的磁球10的转动角度，并将该位置设定为第一校准位置V₀。

在步骤S303中，将磁球10绕着第一轴110转动第二角度。

可选地，第二角度大于或等于30°，且小于或等于150°。可选地，第二角度大于或等于10°，且小于或等于80°。需要说明的是，由于磁球10在第一方向上校正后，三轴磁场传感器20在X轴方向上和Y轴方向上测量到的磁场值非常小，无法进行第二方向的校正。因此，将磁球10绕着第一轴110转动一定角度(第二角度)。在上述可选实施例中，第二角度大于或等于10°，且小于或等于80°(该转动角度由磁传感器的精度决定)，其中，磁传感器精度越高，磁球10转动的最小角度可以更小。

在本发明的可选实施例中，磁球10转动第二角度是在第一校准位置V₀确定后进行的。将磁球10转动至第一校准位置V₀后，将磁球10绕着第一轴110转动第二角度(即第二角度的转动是在磁球10处于第一方向的校准位置的基础上开始转动的)。

在步骤S304中，将磁球10绕着第二轴120匀速转动第三角度，记录转动过程中的三轴磁场分量的检测数据，其中，第三角度大于360°。

将磁球10绕着第二轴120匀速转动第三角度，其中，第三角度大于360°。记录转动过程中检测位置处的三轴磁场分量的检测数据(b_x0，b_y0，b_z0)，(b_x1，b_y1，b_z1)，…，(b_xn，b_yn，b_zn)。

在步骤S305中，根据磁球10转动第三角度过程中记录的三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，确定第二校准位置H₀。

根据磁球10转动第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据，找到Y轴方向上磁场强度最大值对应的(磁球10的)转动角度，将Y轴方向上磁场强度最大值对应的磁球10的位置设定为第二校准位置H₀。可选地，将X轴方向上磁场强度最大值对应的磁球10的位置设定为第二校准位置H₀。

在本发明的一个可选实施例中，在步骤S305之后还包括步骤S306。在步骤S306中，根据第一校准位置V₀和第二校准位置H₀，将磁球10校准。

根据第一校准位置V₀和第二校准位置H₀，将磁球10校准。其中，将磁球10校准即将磁球10的N磁极和S磁极转动至第二轴120上或第一轴110上。

图5示出了根据本发明实施例的磁球校准后的示意图。如图5所示，根据本发明实施例的磁球10校准后，磁球的主轴(即N磁极和S磁极所在直线)与第二轴120重合。

图6示出了根据本发明第二实施例的一个可选实施例的磁球校准方法的流程图。为了兼顾检测数据的完整性与控制的简便性，该可选实施例确定了适当的磁球转动角度。该可选实施例的磁球校准方法具体包括以下步骤：

在步骤S401中，将磁球10绕第一轴(在第一方向上)旋转540°。

在步骤S402中，找到第一校准位置V₀。

记录磁球10绕第一轴110旋转过程中的检测位置处(例如磁球10正上方)的磁场强度变化，并将检测位置处(例如磁球10正上方)Z轴方向上磁场强度最大值对应的磁球10的位置设定为第一校准位置V₀。

在步骤S403中，将磁球10绕第一轴110旋转45°。

在步骤S404中，将磁球10绕第二轴(在第二方向上)旋转540°。

在步骤S405中，找到第二校准位置H₀。

记录磁球10绕第一轴110旋转过程中的检测位置处的磁场强度变化，并将检测位置处(例如磁球10正上方)Y轴方向上磁场强度最大值对应的磁球10的位置设定为第二校准位置H₀。或者，将检测位置处X轴方向(同时垂直于第一轴110和第二轴120的方向)上磁场强度最大值对应的磁球10的位置设定为第二校准位置H₀。

图7示出了根据本发明第三实施例的磁球校准方法的流程图。为了进一步提高数据精度，进而提高磁球10的校准精度，根据本发明第三实施例的磁球校准方法对上述实施例中磁球校准方法的进一步改进。为了方便说明，本实施例中三轴磁场传感器20的X轴、Y轴和Z轴的方向和上述实施例中一致，本实施例的方法具体包括以下步骤：

在步骤S501中，将磁球10绕着第一轴110转动第一角度，记录磁球10转动过程中磁球10周围检测位置处的三轴磁场分量的检测数据，其中，第一角度大于360°；

在上述步骤中，三轴磁场传感器20能够记录磁球10旋转至不同角度时，检测位置处的三轴磁场分量的检测数据读数。可选地，根据外界检测位置处Z轴方向上的三轴磁场分量的检测数据，以磁球10转动的角度为自变量，以磁场值为因变量，处理得到检测位置处选定方向(Z轴方向)上的磁场值变化曲线。磁场值读数有正有负，其中的正负表示磁场的方向。

在本发明的可选实施例中，磁球校准装置的数据处理单元还包括第五处理单元。该第五处理单元以磁球10转动的角度为自变量，以检测位置处测得磁场值为因变量，得到检测位置处测得Z轴方向上的磁场值关于磁球10转动的角度的变化，绘制出检测位置处测得Z轴方向上的磁场值变化曲线。

在步骤S502中，根据磁球10转动第一角度过程中记录的三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，确定磁球10第二方向上的校准位置。

找出磁球10转动第一角度过程中的三轴磁场分量的检测数据中Z轴方向上的极值(最大值和最小值)，根据极值和极值对应的磁球转动角度，确定磁球10在第二方向上的校准位置。具体地，在三轴磁场分量的检测数据中，Z轴方向上极值对应的磁球10的位置，均可作为磁球10在第二方向的校准位置，可根据实际需求，确定唯一的第一校准位置V₀。

需要说明的是，如果在磁球10转动第一角度过程中，记录的三轴磁场分量的检测数据中Z轴方向上均为零，则说明磁球10的N磁极和S磁极均位于第一轴110上(即磁球10的磁极化方向和第一轴110重合)。此种情况下，可将N磁极和/或S磁极作为校正参考，对磁球10进行校准。

在步骤S503中，将磁球10绕着第一轴110转动第二角度。

其中，第二角度大于或等于30°，且小于或等于150°。

在步骤S504中，将磁球10绕着第二轴120转动第三角度，记录磁球10转动过程中外界检测位置处的三轴磁场分量的检测数据，其中，第三角度大于360°。

将磁球10绕着第二轴120转动第三角度，其中，第三角度大于360°。记录磁球10旋转至不同角度下，检测位置处的三轴磁场分量的检测数据读数。可选地，记录检测位置处的磁场数据，以磁球10转动的角度为自变量，以磁场值为因变量，处理得到该检测位置处Y轴方向上或X轴方向上的磁场值变化曲线。磁场值读数有正有负，其中的正负表示磁场的方向。

可选地，在一实施例中，获取的磁场值与对应的角度反映在图上为离散的点，例如通过直接连线或差值法等方法，连接各个离散的点绘制得到曲线，并通过曲线可以得到任意角度下对应的磁场值。

此外，在另一实施例中，获取的磁场值与对应的角度反映在图上为离散的点，将这些离散的点与正弦曲线进行拟合，从而得到一条正弦曲线，通过该正弦曲线可以得到任意角度下对应的磁场值。

在其他实施例中，基于测得的磁场值，还可以通过其他方法获取表达磁场值与磁球10转动角度的曲线，从而根据曲线获得磁球10的校准位置。在另一些实施例中，磁球10的转动情况和时间的关系一致，则还可以通过磁场值与磁球10的转动时间的曲线获取磁球10的校准位置。

在步骤S505中，根据磁球10转动第三角度过程中记录的三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，确定磁球10第一方向上的校准位置。

找出磁球10转动第三角度过程中三轴磁场分量的检测数据中Y轴方向上的极值(最大值和最小值)，根据极值对应的磁球转动角度，确定磁球10在Y轴方向上的校准位置。或找出磁球10转动第三角度过程中三轴磁场分量的检测数据中X轴方向上的极值，根据极值和极值对应的磁球转动角度，确定磁球10在X轴方向上校准位置。具体地，三轴磁场分量的检测数据中Y轴方向上或X轴方向上的极值对应的磁球转动角度，均可作为磁球10在Y轴方向或X轴方向的校准位置，可根据实际需求，确定唯一的第二校准位置H₀。

在本发明的一个可选实施例中，在步骤S505之后还包括步骤S506。在步骤S506中，根据第一方向上的校准位置和第二方向上的校准位置，将磁球10校准。

根据第二方向上的第二校准位置H₀和第一方向上的第一校准位置V₀，将磁球10校准。可选地，将磁球10校准，即将磁球10的N磁极和S磁极转动至第二轴120上或第一轴110上。

在本发明的一个可选实施例中，在步骤S502和步骤S503之间，还包括以下步骤：

将磁球10转动至第二方向上的第二校准位置H₀。

在本发明的一个可选实施例中，磁球10在转动第一角度和/或第二角度和/或第三角度的过程中为匀速转动。

在本发明的上述实施例中，以磁球10转动的角度为自变量，以获取的三轴磁场分量的检测数据(磁场值)为因变量绘制曲线，将获取的测量值绘制成曲线，从而可以得到任意角度对应的磁场值，提高了数据的精度，进而提高了磁球10的校准(调整)精度。

图8示出了根据本发明第四实施例的磁球校准装置的结构示意图。如图8所示，根据本发明第四实施例的磁球校准装置包括三轴磁场传感器20和数据处理单元60。磁球10绕第一轴110和/或第二轴120转动。

磁球10处于如图所示的三维直角坐标系下，可以绕第一轴110(Y轴)和第二轴120(Z轴)转动，以实现磁球10在任意方向的转动。

三轴磁场传感器20位于磁球10的正上方(Z轴方向上位于磁球10之上)，用于检测磁球10在三维空间内的磁场强度。

数据处理单元60与三轴磁场传感器20相连接，以接收检测到的磁场强度，并进行数据处理。

图9示出了根据本发明实施例的磁场值周期性变化曲线。如图9所示，横坐标表示磁球转动角度，纵坐标表示检测到的磁场值(例如为三轴磁场分量的检测数据中任一方向上的数据)。检测到的磁场值随磁球转动角度呈周期性变化。根据本发明实施例的校准方法，在磁球10(绕着第一轴或第二轴)旋转的过程中，记录(Z轴方向上或Y轴方向上的)磁场值读数和相应的角度，画出磁场值周期性变化曲线，如图9所示。曲线有两种顶点，一种为最大值，一种为最小值，这两个相邻的最值对应的位置之间磁球10转动了180°。磁场值最大值和最小值对应的位置均可以作为磁球10(在第一方向或第二方向上)的校准位置，可以根据实际需求决定。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (11)

1.一种磁球校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

磁球绕第一轴和第二轴转动，获取转动过程中检测位置处的三轴磁场分量的检测数据；

根据所述检测数据，得到所述磁球的校准位置；

根据所述磁球的校准位置，校准所述磁球；

其中，所述磁球位于所述校准位置时，所述磁球的磁极化方向与第二轴重合；

所述第一轴与所述第二轴相互垂直；

所述三轴磁场分量包括X轴磁场分量、Y轴磁场分量和Z轴磁场分量；

所述Z轴磁场分量的方向与所述第二轴的方向重合；所述Y轴磁场分量与所述第一轴的方向重合。

2.根据权利要求1所述的磁球校准方法，其特征在于，

所述磁球绕第一轴转动第一角度，获取转动过程中检测位置处的三轴磁场分量的检测数据；

根据所述磁球绕第一轴转动第一角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，得到磁球绕第一轴转动的第一校准位置V₀；

将所述磁球转动至所述第一校准位置V₀，再将所述磁球绕所述第一轴转动第二角度；

所述磁球绕第二轴转动第三角度，获取转动过程中检测位置处的三轴磁场分量的检测数据；

根据所述磁球绕第二轴转动第三角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，得到所述磁球绕所述第二轴转动时的第二校准位置H₀。

3.根据权利要求2所述的磁球校准方法，其特征在于，所述第一角度大于360°，或为540°；

所述第二角度大于或等于10°，且所述第二角度小于或等于80°，或为45°；

所述第三角度大于360°，或为540°。

4.根据权利要求2或3所述的磁球校准方法，其特征在于，得到磁球绕第一轴转动的第一校准位置V₀，包括：

根据所述磁球绕第一轴转动第一角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，判断Z轴方向磁场强度分量最大值或最小值对应的磁球的位置为第一校准位置V₀；

得到磁球绕第二轴转动的第二校准位置H₀，包括：

根据所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据及对应的转动角度，判断Y轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀；

或，根据所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据及对应的转动角度，判断X轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀。

5.根据权利要求2或3所述的磁球校准方法，其特征在于，得到磁球绕第一轴转动的第一校准位置V₀，包括：

在所述磁球绕所述第一轴转动第一角度过程中，根据所述检测数据得到Z轴方向上的磁场强度分量随所述磁球转动角度的曲线，所述曲线上最大值或最小值对应的磁球转动角度为第一校准位置V₀；

得到磁球绕第二轴转动的第二校准位置H₀，包括：

在所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中，根据所述检测数据得到Y轴方向上的磁场强度分量随所述磁球转动角度的曲线，判断Y轴方向上的磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀；

或，根据所述磁球转动所述第三角度过程中的磁场强度分量的检测数据及对应的转动角度，判断X轴方向上的磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀。。

6.一种磁球校准装置，所述磁球具有沿主轴方向的磁极，其特征在于，包括：

驱动单元，用于驱动所述磁球绕转动，包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元用于驱动所述磁球绕第一轴转动，所述第二驱动单元用于驱动所述磁球绕第二轴转动，并根据校准位置校准所述磁球；

三轴磁场传感器，邻近所述磁球设置，以获取所述磁球在转动过程中在三轴磁场分量的检测数据；以及

数据处理单元，与所述三轴磁场传感器相连接，以接收所述三轴磁场分量的检测数据，并且根据所述检测数据在所述转动过程中随所述磁球转动角度的变化获得所述磁球的校准位置，

其中，所述磁球位于所述校准位置时，所述主轴与第二轴重合；

所述第一轴与所述第二轴相互垂直；

所述三轴磁场分量包括X轴磁场分量、Y轴磁场分量和Z轴磁场分量；

所述Z轴磁场分量的方向与所述第二轴的方向重合；所述Y轴磁场分量与所述第一轴的方向重合。

7.根据权利要求6所述的磁球校准装置，其特征在于，所述第一驱动单元用于驱动所述磁球绕第一轴转动第一角度；

所述数据处理单元包括第三处理单元，所述第三处理单元用于根据所述磁球绕第一轴转动第一角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，得到磁球绕第一轴转动的第一校准位置V₀；

所述第一驱动单元将所述磁球转动到第一校准位置V₀，所述第一驱动单元还用于所述磁球绕所述第一轴转动第二角度；

所述第二驱动单元用于驱动所述磁球绕第二轴转动第三角度；

所述数据处理单元包括第四处理单元，所述第四处理单元用于根据所述磁球绕第二轴转动第三角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，得到所述磁球绕所述第二轴转动时的第二校准位置H₀。

8.根据权利要求7所述的磁球校准装置，其特征在于，所述第一角度大于360°，或为540°；

所述第二角度大于或等于10°，且所述第二角度小于或等于80°，或为45°；

所述第三角度大于360°，或为540°。

9.根据权利要求7或8所述的磁球校准装置，其特征在于，所述第三处理单元还用于：

根据所述磁球绕第一轴转动第一角度过程中的所述三轴磁场分量的检测数据以及对应的转动角度，判断Z轴方向磁场强度分量最大值或最小值对应的磁球的位置为第一校准位置V₀；

所述第四处理单元还用于：

根据所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据及对应的转动角度，判断Y轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀；

或，根据所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据及对应的转动角度，判断X轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀。

10.根据权利要求7或8所述的磁球校准装置，其特征在于，所述第三处理单元还用于：

在所述磁球绕所述第一轴转动第一角度过程中，根据所述检测数据得到Z轴方向上的三轴磁场分量随所述磁球转动角度的曲线，所述曲线上最大值或最小值对应的磁球转动角度为第一校准位置V₀；

所述第四处理单元还用于：

在所述磁球绕所述第二轴转动第三角度过程中，根据所述检测数据得到Y轴方向上的三轴磁场分量随所述磁球转动角度的曲线，判断Y轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀；

或，根据所述磁球转动所述第三角度过程中的三轴磁场分量的检测数据及对应的转动角度，判断X轴方向上磁场强度分量最大值或最小值对应的转动角度为第二校准位置H₀。

11.根据权利要求6所述的磁球校准装置，其特征在于，所述第一轴或所述第二轴穿过所述三轴磁场传感器；

所述检测位置处包括所述三轴磁场传感器所在的位置。

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