近日，南方科技大学机械与能源工程系副教授胡程志课题组在医疗设备无线定位方向取得新进展。团队提出了一种面向胶囊机器人等硬件受限医疗设备的无线电磁追踪系统 WEMTS（Wireless Electromagnetic Tracking System），相关研究成果以“Wireless Electromagnetic Tracking Using Ultra-low Frequency Fields for Hardware-constrained Medical Devices”为题，发表于 IEEE/ASME Transactions on Mechatronics。

图1 超低频无线电磁追踪系统的设计及工作原理

胶囊内镜、植入式传感器、连续体机器人等微型医疗设备，因具备体内无创或微创作业能力，在消化道检查、靶向给药、活检采样和介入治疗等场景中具有重要应用价值。然而，这类设备通常面临设备内部空间受限、无线通信带宽有限等问题。如何在不显著增加设备体积和功耗的前提下，实现稳定、精准的体内位置与姿态追踪，是该领域长期关注的关键问题。

针对这一挑战，研究团队提出了一套基于超低频磁场的无线电磁追踪系统。不同于传统较高频率的电磁定位方案，该系统工作在 2 Hz 至 10 Hz 的超低频范围内，可降低对采样率、通信带宽和信号处理能力的要求，更适合胶囊机器人等小型、低功耗设备集成。同时，超低频磁场也有助于减弱环境中涡流等干扰因素对定位精度的影响，为复杂体内环境下的稳定追踪提供了新的技术路径。

图2 WEMTS硬件平台与轨迹跟踪结果

该系统主要由外部三组正交电磁线圈和胶囊内部无线传感模块组成。外部线圈产生空间分布的可控磁场，胶囊内部集成三轴磁传感器与射频发射模块，实时采集并回传磁场信息。随后，系统通过数字锁相放大技术提取不同频率磁信号的幅值，并结合磁场模型、多边定位算法和顺序位姿估计方法，完成对胶囊位置与姿态的6自由度估计。

实验结果表明，在 400 mm×200 mm×300 mm 的工作空间内，WEMTS 实现了 3.09±0.99 mm 的静态位置定位精度和 2.21±0.62°的静态姿态估计精度。在动态追踪实验中，系统在 5 mm/s 运动速度下实现了 3.23±1.05 mm 的位置误差和 2.67±0.89°的姿态误差，验证了其在连续运动场景下的稳定追踪能力。

该研究为硬件受限医疗设备的无线定位提供了一种低频、低功耗、高精度的解决思路。未来，该技术有望进一步服务于胶囊内镜、主动胶囊机器人、植入式医疗设备和体内微型机器人等方向，为体内诊疗设备的精准导航、闭环控制和功能集成提供技术支撑。

论文第一作者为南方科技大学机械与能源工程系硕士生黄鼎，共同第一作者为南方科技大学机械与能源工程系博士生张一，论文通讯作者为天津大学史超阳教授，胡程志。论文第一单位为南方科技大学。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市医学研究基金及深圳市科技计划等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1109/TMECH.2026.3694425