1.1 產(chǎn)品簡(jiǎn)介
Magpilot 電磁定位系統(tǒng)是一款基于電磁感應(yīng)原理的高精度磁場(chǎng)空間定位系統(tǒng)，它能夠精 確計(jì)算傳感器在特定空間內(nèi)的位置和姿態(tài)角度。該系統(tǒng)通常將傳感器與醫(yī)療器械集成到一 起，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的空間位置和角度變化。 系統(tǒng)主要構(gòu)成包括：系統(tǒng)控制單元、傳感器交互單元、磁場(chǎng)發(fā)生器、傳感器或傳感器集 成工具以及上位機(jī)，電磁定位系統(tǒng)示意圖如圖 1.1 所示： 圖 1.1 電磁定位系統(tǒng)示意圖 序號(hào) 名稱 描述 備注 ① FG 內(nèi)置發(fā)射線圈 請(qǐng)勿貼近 ② SCU 作為系統(tǒng)的指揮核心， 負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各模塊 間的交互 ③ SIU SCU 與 Sensor 的交互媒介 ④ Sensor 采集空間磁場(chǎng)信息 請(qǐng)勿彎曲 ⑤ 上位機(jī) 與用戶實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合的軟件 表 1.1 系統(tǒng)模塊說明
1.2 產(chǎn)品模塊介紹
系統(tǒng)控制單元（SCU）給磁場(chǎng)發(fā)生器（FG）提供功率使 FG 產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。 通常被集成在工具上的傳感器連接到傳感器交互單元（SIU）上，然后 SIU 又被連接到 SCU。如果傳感器被置于追蹤范圍內(nèi)，就會(huì)在傳感器產(chǎn)生由磁場(chǎng)發(fā)生器激勵(lì)的感生電動(dòng)勢(shì)。 該感生電動(dòng)勢(shì)的特性是由傳感器的位置和姿態(tài)角以及變化的磁場(chǎng)強(qiáng)度和相位決定的。 SIU 將感生電動(dòng)勢(shì)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送至 SCU，SCU 將這些數(shù)字信號(hào)和其他參數(shù)構(gòu) 成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，求解出傳感器的位置和姿態(tài)角度，最后把這些位姿信息傳給上位機(jī)。 Magpilot EP-M510 電磁定位系統(tǒng)使用說明書 3
1.2.1 系統(tǒng)控制模塊（SCU）
系統(tǒng)控制單元（System Control Unit）控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，它扮演系統(tǒng)各個(gè)模塊的交 互中心并給用戶提供可視的狀態(tài)指示。其主要功能如下： 1. 為磁場(chǎng)發(fā)生器提供功率并控制磁場(chǎng)產(chǎn)生器的磁場(chǎng)輸出； 2. 通過 SIU 收集傳感器數(shù)據(jù)從而計(jì)算傳感器的位姿，然后把位置和角度信息發(fā)送給上 位機(jī)； 3. 和上位機(jī)進(jìn)行交互； 圖 1.2 系統(tǒng)控制模塊正面接口說明 ①指示燈 ②接口 ③SCU 與 SIU 接口 1 ④SCU 與 SIU 接口 2 圖 1.3 系統(tǒng)控制模塊背面接口說明 ①開關(guān) ②電源接口 ③網(wǎng)口(預(yù)留/暫未開放) ④USB Type-B ⑤拓展串口 SCU 尺寸 216mm* 170mm* 90mm（長(zhǎng)*寬*高） 重量 1.8KG±0.1KG 輸入電壓 28V 可支持 SIU 數(shù)量 2 與上位機(jī)交互接口 USB、網(wǎng)口（暫未開放） 指示燈 黃燈：系統(tǒng)正在初始化 綠燈: 系統(tǒng)正常工作 紅燈：系統(tǒng)工作環(huán)境（FG 溫度）異常或未接入 FG 表 1.2 SCU 參數(shù) ① ② ③ ④ ① ③ ④ ② ⑤ Magpilot EP-M510 電磁定位系統(tǒng)使用說明書 4
1.2.2 傳感器交互單元（SIU）
傳感器交互單元（Signal Interface Unit）是傳感器與系統(tǒng)控制模塊的交互媒介，其主要功 能如下： 1. 將傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)； 2. 將這些數(shù)字信號(hào)發(fā)送給 SCU 進(jìn)行處理； 3. 增加傳感器與 SCU 的操作距離，避免過長(zhǎng)的傳感器/工具線纜，保證笨重的系 統(tǒng)模塊遠(yuǎn)離操作區(qū)域； 盡管用于傳輸模擬信號(hào)的傳感器線纜已經(jīng)被恰當(dāng)屏蔽（如果使用了 Aimooe 提供的工具 線纜），但是還是非常容易收到噪聲干擾，所以工具線纜越短，越容易避免噪聲的干擾。 標(biāo)準(zhǔn)的 SIU 模塊可以支持至多八個(gè) 5 自由度傳感器或四個(gè) 6 自由度傳感器（或者結(jié)合）。 圖 1.4 SIU 正面接口說明 ①端口指示燈 ②系統(tǒng)指示燈 ③傳感器接口 圖 1.5 SIU 與 SCU 接口 SIU 尺寸 170mm * 118mm * 70mm（長(zhǎng)*寬*高） 重量 0.66KG±0.1KG 可支持傳感器數(shù)量 8 個(gè) 5DOF 傳感器 / 4 個(gè) 6DOF 傳感器 系統(tǒng)指示燈 綠燈：正常工作 不亮燈：未上電 端口指示燈 綠燈：端口被接入 不亮燈：端口未被接入 表 1.3 SIU 參數(shù)信息 ① ② ③ ① Magpilot EP-M510 電磁定位系統(tǒng)使用說明書 5
1.2.3 磁場(chǎng)發(fā)生器 （FG）
圖 1.6 FG ①SCU 連接線 ②支架固定孔 ③FG 正面 ④固定孔位 ⑤ 磁場(chǎng)發(fā)生器連接器 零件設(shè)計(jì) 描述 磁場(chǎng)發(fā)生器線纜 用于連接磁場(chǎng)發(fā)生器與 SCU 的線纜，長(zhǎng)度 4.5m 固定點(diǎn) 用來連接固定支架，M12 FG 正面 跟蹤范圍的原點(diǎn)位于磁場(chǎng)發(fā)生器的正面，可追蹤區(qū)域位于正面 這一側(cè)，磁場(chǎng)發(fā)生器的類型標(biāo)簽貼在背面 固定孔位 共有四個(gè)固定孔位，左右兩側(cè)各兩個(gè)。固定孔類型為 M8（螺距 1.25mm，深度 13mm），可以通過側(cè)面固定孔位將磁場(chǎng)發(fā)生器固 定于特定裝置 磁場(chǎng)發(fā)生器連接器 將磁場(chǎng)發(fā)生器與 SCU 相連，發(fā)生器為 19 引腳圓形金屬連接器 表 1.4 FG 參數(shù)信息說明 注意： 使用時(shí)務(wù)必先連接磁場(chǎng)發(fā)生器 FG，再接通 SCU 電源； 設(shè)備通電狀態(tài)下請(qǐng)勿插拔磁場(chǎng)發(fā)生器，否則可能永久損壞磁場(chǎng)發(fā)生器且磁場(chǎng)發(fā)生器放 電可能會(huì)擊傷操作人員。
1.2.4 傳感器
傳感器專為需要小型化傳感器的場(chǎng)合設(shè)計(jì)，能夠提供六自由度（6DOF）或 5 自由 度（5DOF）的空間定位和方向信息，包括 x、y、z 三個(gè)坐標(biāo)軸的位置和俯仰角、偏航 角、滾動(dòng)角三個(gè)方向角。傳感器被完全封裝在一層薄的黑色聚酰亞胺（PI）管中使得 傳感器具有很高的穩(wěn)定性。 5DOF 標(biāo)準(zhǔn)款傳感器 最大直徑 0.45mm 最大長(zhǎng)度 8mm 雙絞線 總長(zhǎng) 2 m 單股線徑 0.1mm 表 1.5 5DOF 標(biāo)準(zhǔn)款尺寸信息 ① ② ③ ④ ⑤ Magpilot EP-M510 電磁定位系統(tǒng)使用說明書 6 5DOF mini 款傳感器 最大直徑 0.45mm 最大長(zhǎng)度 5mm 雙絞線 總長(zhǎng) 3 m 單股線徑 0.1mm 表 1.6 5DOFmini 款尺寸信息 傳感器安裝與使用指南： 連接傳感器之前，請(qǐng)閱讀一下內(nèi)容： 在處理和安裝傳感器時(shí)，請(qǐng)小心操作，以避免對(duì)傳感器、電纜和引線末端造 成任何損壞。 請(qǐng)勿對(duì)傳感器施加機(jī)械應(yīng)力，尤其是不要彎曲傳感器的剛性部分。 確保傳感器牢固地安裝在工具內(nèi)，以保證工具的精度。如果傳感器安裝不當(dāng) 或偏離位置，可能會(huì)影響工具的性能。 確保傳感器與所有金屬或?qū)щ姴牧媳３蛛姎飧綦x，以防止電氣干擾或損壞。 設(shè)計(jì)工具主體時(shí)請(qǐng)考慮傳感器的防潮需求，確保傳感器不會(huì)暴露在濕氣中。
1.3 產(chǎn)品參數(shù) 性能
定位精度 300*300*300mm 3 mm（RMS mm） 最大采樣頻率 30Hz 系統(tǒng)工作溫度 10~40 ℃ 系統(tǒng)預(yù)熱時(shí)間 ≤3min 儲(chǔ)存（運(yùn)輸）溫度 -10~50℃ 追蹤域 300mm*300mm*300mm 見圖 4.2 數(shù)據(jù) 通信 方式 數(shù)據(jù)接口 USB 2.0（網(wǎng)口、串口通訊暫未開放） 工具 軟件自動(dòng)識(shí)別 表 1.7 產(chǎn)品參數(shù)
1.4 產(chǎn)品特性
1） 基于 FPGA 技術(shù)； 2） 具有可靠的追蹤精度； 3） 良好的抗干擾能力；
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