1.1 產品簡介
Magpilot 電磁定位系統是一款基于電磁感應原理的高精度磁場空間定位系統，它能夠精 確計算傳感器在特定空間內的位置和姿態角度。該系統通常將傳感器與醫療器械集成到一 起，以便實時監測目標點的空間位置和角度變化。 系統主要構成包括：系統控制單元、傳感器交互單元、磁場發生器、傳感器或傳感器集 成工具以及上位機，電磁定位系統示意圖如圖 1.1 所示： 圖 1.1 電磁定位系統示意圖 序號 名稱 描述 備注 ① FG 內置發射線圈 請勿貼近 ② SCU 作為系統的指揮核心， 負責協調各模塊 間的交互 ③ SIU SCU 與 Sensor 的交互媒介 ④ Sensor 采集空間磁場信息 請勿彎曲 ⑤ 上位機 與用戶實際應用場景結合的軟件 表 1.1 系統模塊說明
1.2 產品模塊介紹
系統控制單元（SCU）給磁場發生器（FG）提供功率使 FG 產生變化的磁場。 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，就會在傳感器產生由磁場發生器激勵的感生電動勢。 該感生電動勢的特性是由傳感器的位置和姿態角以及變化的磁場強度和相位決定的。 SIU 將感生電動勢信號轉換為數字信號傳送至 SCU，SCU 將這些數字信號和其他參數構 成的數據進行分析，求解出傳感器的位置和姿態角度，最后把這些位姿信息傳給上位機。 Magpilot EP-M510 電磁定位系統使用說明書 3
1.2.1 系統控制模塊（SCU）
系統控制單元（System Control Unit）控制著整個系統的運行，它扮演系統各個模塊的交 互中心并給用戶提供可視的狀態指示。其主要功能如下： 1. 為磁場發生器提供功率并控制磁場產生器的磁場輸出； 2. 通過 SIU 收集傳感器數據從而計算傳感器的位姿，然后把位置和角度信息發送給上 位機； 3. 和上位機進行交互； 圖 1.2 系統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 系統控制模塊背面接口說明 ①開關 ②電源接口 ③網口(預留/暫未開放) ④USB Type-B ⑤拓展串口 SCU 尺寸 216mm* 170mm* 90mm（長*寬*高） 重量 1.8KG±0.1KG 輸入電壓 28V 可支持 SIU 數量 2 與上位機交互接口 USB、網口（暫未開放） 指示燈 黃燈：系統正在初始化 綠燈: 系統正常工作 紅燈：系統工作環境（FG 溫度）異常或未接入 FG 表 1.2 SCU 參數 ① ② ③ ④ ① ③ ④ ② ⑤ Magpilot EP-M510 電磁定位系統使用說明書 4
1.2.2 傳感器交互單元（SIU）
傳感器交互單元（Signal Interface Unit）是傳感器與系統控制模塊的交互媒介，其主要功 能如下： 1. 將傳感器產生的模擬信號轉化為數字信號； 2. 將這些數字信號發送給 SCU 進行處理； 3. 增加傳感器與 SCU 的操作距離，避免過長的傳感器/工具線纜，保證笨重的系 統模塊遠離操作區域； 盡管用于傳輸模擬信號的傳感器線纜已經被恰當屏蔽（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。 標準的 SIU 模塊可以支持至多八個 5 自由度傳感器或四個 6 自由度傳感器（或者結合）。 圖 1.4 SIU 正面接口說明 ①端口指示燈 ②系統指示燈 ③傳感器接口 圖 1.5 SIU 與 SCU 接口 SIU 尺寸 170mm * 118mm * 70mm（長*寬*高） 重量 0.66KG±0.1KG 可支持傳感器數量 8 個 5DOF 傳感器 / 4 個 6DOF 傳感器 系統指示燈 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 參數信息 ① ② ③ ① Magpilot EP-M510 電磁定位系統使用說明書 5
1.2.3 磁場發生器 （FG）
圖 1.6 FG ①SCU 連接線 ②支架固定孔 ③FG 正面 ④固定孔位 ⑤ 磁場發生器連接器 零件設計 描述 磁場發生器線纜 用于連接磁場發生器與 SCU 的線纜，長度 4.5m 固定點 用來連接固定支架，M12 FG 正面 跟蹤范圍的原點位于磁場發生器的正面，可追蹤區域位于正面 這一側，磁場發生器的類型標簽貼在背面 固定孔位 共有四個固定孔位，左右兩側各兩個。固定孔類型為 M8（螺距 1.25mm，深度 13mm），可以通過側面固定孔位將磁場發生器固 定于特定裝置 磁場發生器連接器 將磁場發生器與 SCU 相連，發生器為 19 引腳圓形金屬連接器 表 1.4 FG 參數信息說明 注意： 使用時務必先連接磁場發生器 FG，再接通 SCU 電源； 設備通電狀態下請勿插拔磁場發生器，否則可能永久損壞磁場發生器且磁場發生器放 電可能會擊傷操作人員。
1.2.4 傳感器
傳感器專為需要小型化傳感器的場合設計，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 三個坐標軸的位置和俯仰角、偏航 角、滾動角三個方向角。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定性。 5DOF 標準款傳感器 最大直徑 0.45mm 最大長度 8mm 雙絞線 總長 2 m 單股線徑 0.1mm 表 1.5 5DOF 標準款尺寸信息 ① ② ③ ④ ⑤ Magpilot EP-M510 電磁定位系統使用說明書 6 5DOF mini 款傳感器 最大直徑 0.45mm 最大長度 5mm 雙絞線 總長 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，請閱讀一下內容： 在處理和安裝傳感器時，請小心操作，以避免對傳感器、電纜和引線末端造 成任何損壞。 請勿對傳感器施加機械應力，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，以保證工具的精度。如果傳感器安裝不當 或偏離位置，可能會影響工具的性能。 確保傳感器與所有金屬或導電材料保持電氣隔離，以防止電氣干擾或損壞。 設計工具主體時請考慮傳感器的防潮需求，確保傳感器不會暴露在濕氣中。
1.3 產品參數 性能
定位精度 300*300*300mm 3 mm（RMS mm） 最大采樣頻率 30Hz 系統工作溫度 10~40 ℃ 系統預熱時間 ≤3min 儲存（運輸）溫度 -10~50℃ 追蹤域 300mm*300mm*300mm 見圖 4.2 數據 通信 方式 數據接口 USB 2.0（網口、串口通訊暫未開放） 工具 軟件自動識別 表 1.7 產品參數
1.4 產品特性
1） 基于 FPGA 技術； 2） 具有可靠的追蹤精度； 3） 良好的抗干擾能力；
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