1.1 产品简介
Magpilot 电磁定位系统是一款基于电磁感应原理的高精度磁场空间定位系统，它能够精 确计算传感器在特定空间内的位置和姿态角度。该系统通常将传感器与医疗器械集成到一 起，以便实时监测目标点的空间位置和角度变化。 系统主要构成包括：系统控制单元、传感器交互单元、磁场发生器、传感器或传感器集 成工具以及上位机，电磁定位系统示意图如图 1.1 所示： 图 1.1 电磁定位系统示意图 序号 名称 描述 备注 ① FG 内置发射线圈 请勿贴近 ② SCU 作为系统的指挥核心， 负责协调各模块 间的交互 ③ SIU SCU 与 Sensor 的交互媒介 ④ Sensor 采集空间磁场信息 请勿弯曲 ⑤ 上位机 与用户实际应用场景结合的软件 表 1.1 系统模块说明
1.2 产品模块介绍
系统控制单元（SCU）给磁场发生器（FG）提供功率使 FG 产生变化的磁场。 通常被集成在工具上的传感器连接到传感器交互单元（SIU）上，然后 SIU 又被连接到 SCU。如果传感器被置于追踪范围内，就会在传感器产生由磁场发生器激励的感生电动势。 该感生电动势的特性是由传感器的位置和姿态角以及变化的磁场强度和相位决定的。 SIU 将感生电动势信号转换为数字信号传送至 SCU，SCU 将这些数字信号和其他参数构 成的数据进行分析，求解出传感器的位置和姿态角度，最后把这些位姿信息传给上位机。 Magpilot EP-M510 电磁定位系统使用说明书 3
1.2.1 系统控制模块（SCU）
系统控制单元（System Control Unit）控制着整个系统的运行，它扮演系统各个模块的交 互中心并给用户提供可视的状态指示。其主要功能如下： 1. 为磁场发生器提供功率并控制磁场产生器的磁场输出； 2. 通过 SIU 收集传感器数据从而计算传感器的位姿，然后把位置和角度信息发送给上 位机； 3. 和上位机进行交互； 图 1.2 系统控制模块正面接口说明 ①指示灯 ②接口 ③SCU 与 SIU 接口 1 ④SCU 与 SIU 接口 2 图 1.3 系统控制模块背面接口说明 ①开关 ②电源接口 ③网口(预留/暂未开放) ④USB Type-B ⑤拓展串口 SCU 尺寸 216mm* 170mm* 90mm（长*宽*高） 重量 1.8KG±0.1KG 输入电压 28V 可支持 SIU 数量 2 与上位机交互接口 USB、网口（暂未开放） 指示灯 黄灯：系统正在初始化 绿灯: 系统正常工作 红灯：系统工作环境（FG 温度）异常或未接入 FG 表 1.2 SCU 参数 ① ② ③ ④ ① ③ ④ ② ⑤ Magpilot EP-M510 电磁定位系统使用说明书 4
1.2.2 传感器交互单元（SIU）
传感器交互单元（Signal Interface Unit）是传感器与系统控制模块的交互媒介，其主要功 能如下： 1. 将传感器产生的模拟信号转化为数字信号； 2. 将这些数字信号发送给 SCU 进行处理； 3. 增加传感器与 SCU 的操作距离，避免过长的传感器/工具线缆，保证笨重的系 统模块远离操作区域； 尽管用于传输模拟信号的传感器线缆已经被恰当屏蔽（如果使用了 Aimooe 提供的工具 线缆），但是还是非常容易收到噪声干扰，所以工具线缆越短，越容易避免噪声的干扰。 标准的 SIU 模块可以支持至多八个 5 自由度传感器或四个 6 自由度传感器（或者结合）。 图 1.4 SIU 正面接口说明 ①端口指示灯 ②系统指示灯 ③传感器接口 图 1.5 SIU 与 SCU 接口 SIU 尺寸 170mm * 118mm * 70mm（长*宽*高） 重量 0.66KG±0.1KG 可支持传感器数量 8 个 5DOF 传感器 / 4 个 6DOF 传感器 系统指示灯 绿灯：正常工作 不亮灯：未上电 端口指示灯 绿灯：端口被接入 不亮灯：端口未被接入 表 1.3 SIU 参数信息 ① ② ③ ① Magpilot EP-M510 电磁定位系统使用说明书 5
1.2.3 磁场发生器 （FG）
图 1.6 FG ①SCU 连接线 ②支架固定孔 ③FG 正面 ④固定孔位 ⑤ 磁场发生器连接器 零件设计 描述 磁场发生器线缆 用于连接磁场发生器与 SCU 的线缆，长度 4.5m 固定点 用来连接固定支架，M12 FG 正面 跟踪范围的原点位于磁场发生器的正面，可追踪区域位于正面 这一侧，磁场发生器的类型标签贴在背面 固定孔位 共有四个固定孔位，左右两侧各两个。固定孔类型为 M8（螺距 1.25mm，深度 13mm），可以通过侧面固定孔位将磁场发生器固 定于特定装置 磁场发生器连接器 将磁场发生器与 SCU 相连，发生器为 19 引脚圆形金属连接器 表 1.4 FG 参数信息说明 注意： 使用时务必先连接磁场发生器 FG，再接通 SCU 电源； 设备通电状态下请勿插拔磁场发生器，否则可能永久损坏磁场发生器且磁场发生器放 电可能会击伤操作人员。
1.2.4 传感器
传感器专为需要小型化传感器的场合设计，能够提供六自由度（6DOF）或 5 自由 度（5DOF）的空间定位和方向信息，包括 x、y、z 三个坐标轴的位置和俯仰角、偏航 角、滚动角三个方向角。传感器被完全封装在一层薄的黑色聚酰亚胺（PI）管中使得 传感器具有很高的稳定性。 5DOF 标准款传感器 最大直径 0.45mm 最大长度 8mm 双绞线 总长 2 m 单股线径 0.1mm 表 1.5 5DOF 标准款尺寸信息 ① ② ③ ④ ⑤ Magpilot EP-M510 电磁定位系统使用说明书 6 5DOF mini 款传感器 最大直径 0.45mm 最大长度 5mm 双绞线 总长 3 m 单股线径 0.1mm 表 1.6 5DOFmini 款尺寸信息 传感器安装与使用指南： 连接传感器之前，请阅读一下内容： 在处理和安装传感器时，请小心操作，以避免对传感器、电缆和引线末端造 成任何损坏。 请勿对传感器施加机械应力，尤其是不要弯曲传感器的刚性部分。 确保传感器牢固地安装在工具内，以保证工具的精度。如果传感器安装不当 或偏离位置，可能会影响工具的性能。 确保传感器与所有金属或导电材料保持电气隔离，以防止电气干扰或损坏。 设计工具主体时请考虑传感器的防潮需求，确保传感器不会暴露在湿气中。
1.3 产品参数 性能
定位精度 300*300*300mm 3 mm（RMS mm） 最大采样频率 30Hz 系统工作温度 10~40 ℃ 系统预热时间 ≤3min 储存（运输）温度 -10~50℃ 追踪域 300mm*300mm*300mm 见图 4.2 数据 通信 方式 数据接口 USB 2.0（网口、串口通讯暂未开放） 工具 软件自动识别 表 1.7 产品参数
1.4 产品特性
1） 基于 FPGA 技术； 2） 具有可靠的追踪精度； 3） 良好的抗干扰能力；
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