电磁定位系统的研究和实现

发布时间：2021-11-16 04:32

　　针对计算机辅助骨科手术系统（CAOS）中的定位精度、系统稳定性、可操作性、成本等问题,以及骨科手术的复杂性和多变性,本系统提出了电磁定位的方法。该方法根据比奥-萨伐尔定律,以交流线圈为发射源,以接收线圈作为定位目标,根据电磁感应定律,接收线圈会产生相应的感应电动势。通过计算得出磁场的空间分布,进而推导出包含目标位置和方向信息的方程组,利用最优化的非线性算法来解方程,从而得到一个稳定的、实时的定位方法。该定位系统包括信号发射部分、信号接收部分、信号提取部分、计算和显示部分。我们建立了磁偶极子的分布模型,并通过LM算法进行计算,然后针对该系统进行了仿真实验,验证了系统的可行性并且计算出发射部分的具体参数。根据系统需要设计了相应的发射和接收电路,同时采取了计算结果拟合、系统参数标定等方法,进一步提高系统的精度。利用VC++软件编写了系统的计算和显示程序,通过对定位目标的实际跟踪测量,得到该系统的定位精度:位置误差平均小于1mm,方向误差平均小于1°。电磁定位系统精度为毫米级,而且体积小、价格低、不易受外界干扰,除了在计算机辅助骨科手术系统中有着很好的应用之外,也可以广泛的应用于军事目标定位、... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 精确定位技术介绍
    1.3 磁定位技术的国内外研究现状
    1.4 本文研究目标和主要内容
        1.4.1 研究目标
        1.4.2 主要内容
        1.4.3 文章结构
第二章 电磁定位系统原理
    2.1 比奥-萨伐尔定律
    2.2 磁偶极子模型
    2.3 电磁感应定律
    2.4 电磁定位的计算模型
第三章 电磁定位的计算方法和系统仿真
    3.1 LM 算法
    3.2 发射线圈位置的仿真
    3.3 发射线圈个数的仿真
第四章 电磁定位系统的实现
    4.1 信号发射部分
    4.2 信号接收部分
    4.3 信号提取拟合
    4.4 计算结果拟合
第五章 定位系统的标定
    5.1 感应系数标定
    5.2 发射线圈方向标定
    5.3 发射线圈整体标定
第六章 实验结果
    6.1 软件流程
    6.2 实验结果
        6.2.1 定位系统硬件部分
        6.2.2 定位系统软件部分
        6.2.3 定位结果
第七章 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢



本文编号：3498152