JP2001179700A - 移動可能なマイクロマシンおよびその移動制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自律して移動可能なマイクロマシンを目的の
位置まで到達させること。 【解決手段】 回転磁界を発生する磁界発生部１２Ｘ，
１２Ｙ，１２Ｚと、前記磁界発生部１２Ｘ，１２Ｙ，１
２Ｚが発生した回転磁界を受け、回転して推力を得るロ
ボット本体１１と、前記ロボット本体１１の位置を検出
する位置検出部５’と、前記位置検出部５’が検出した
前記ロボット本体１１の位置に基づき、前記ロボット本
体１１を目的地へ到達させる方向へ向けるべく前記磁界
発生部１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚによる回転磁界の向きを
変更する磁界変向手段５５と、から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広汎な産業に用い
られるマイクロマシンを対象としており、特に医療用と
して有用な生体内を移動可能なマイクロマシンの移動制
御システムおよびそのためのマイクロマシンに関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロマシン技術は従来の機械では困
難であった局部領域や極限領域での作業を可能とするも
のであり、発電および工場施設のメンテナンスシステム
や医療用システム等への応用が期待されている。

【０００３】特に、磁気力を駆動源とする磁気マイクロ
マシンは、エネルギー供給のためのケーブルを必要とし
ないという特筆すべき特徴を持つ。このことから磁気マ
イクロマシンはケーブルや電源等の制約から離れ、シン
プルな構造で所望の運動を実現することが出来る。すで
にこれまでに、以上のような特長を生かした自律して移
動可能な磁気マイクロマシンの試作・検討が行われてお
り、本発明者らによって、既にワイヤレスで自律的に走
行、飛行、および泳動が可能なマイクロマシンが開発さ
れ、かつ論文（仙道雅彦ら；電気学会マグネティックス
研究会資料 ＭＡＧ-９８-２３８、島崎克彦ら；電気学
会マグネティックス研究会資料 ＭＡＧ-９７-１８０）
等で紹介している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このワイヤレスの泳動
機構は、微生物の運動を模倣し、外部回転磁界によって
微小磁石に働く磁気トルクを利用したものであり、マイ
クロマシンの医療への応用を考えた際、生体の主成分が
血液や体液といった液体であることから、その運動方法
としてこれらワイヤレスによる液体中の泳動の検討は不
可欠といえる。

【０００５】そこで、スパイラル形状のワイヤと微小磁
石から構成されるマイクロマシンを基礎として、様々な
粘性の液体中を泳動可能なスパイラル型磁気マイクロマ
シンの泳動特性を詳しく調べた結果、これらのマイクロ
マシンが静水中や流水中で良好な移動特性を示し、医用
マイクロロボットへの応用上極めて有望なマイクロマシ
ンであることが判明した。

【０００６】また、生体中に限らず、これら自律して移
動可能なマイクロマシンを目的の部位まで到達させるに
は、その進行方向を制御する必要があることは言うまで
もない。

【０００７】本発明の目的は、このような要求に応える
べく移動可能なマイクロマシンの移動制御システム並び
にその移動制御システムに適したマイクロマシンとを提
供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の移動可能なマイクロマシンの移動制御シス
テムは、回転磁界を発生する磁界発生部と、前記磁界発
生部が発生した回転磁界を受け、回転して推力を得るロ
ボット本体と、前記ロボット本体の位置を検出する位置
検出部と、前記位置検出部が検出した前記ロボット本体
の位置に基づき、前記ロボット本体を目的地へ到達させ
る方向へ向けるべく前記磁界発生部による回転磁界の向
きを変更する磁界変向手段と、からなることを特徴とし
ている。上記構成の本発明によれば、投入されたロボッ
ト本体の位置は位置検出部で把握されており、回転磁界
の向きを変えることで、進行しているロボットの方向制
御を行いながらロボットを目的地へ確実に導くことがで
きる。

【０００９】本発明の移動可能なマイクロマシンの移動
制御システムは、前記位置検出部が検出したロボット本
体の位置と、ロボット本体を到達させたい目的位置との
情報に基づいて、ロボット本体が進行する最適条件での
方向を割出し、前記磁界変向手段による回転磁界の向き
の変更を制御する制御部を有してなることが好ましい。
このようにすれば、ロボット本体を到達させたい目的位
置のみを入力しておくだけで、自動的にロボット本体を
目的位置に到達させることが可能となる。

【００１０】本発明の移動可能なマイクロマシンの移動
制御システムは、回転磁界を発生させる磁界発生部と、
前記磁界発生部が発生した回転磁界を受け、回転して推
力を得るロボット本体とを有し、前記磁界発生部にて形
成される回転磁界面が三次元空間内で所定方向に変向可
能になっていることを特徴としている。このようにすれ
ば、前記ロボット本体は、外部から印加される回転磁界
の回転面に垂直の姿勢を保ちながら推進を行う。このこ
とから、磁界の回転面を変えることでマシンの推進方向
も変えることができる。

【００１１】本発明の移動可能なマイクロマシンは、上
記装置において、長手方向の軸と直角方向に磁化方向を
有する磁石が搭載された棒状の本体に、回転運動を推進
力に変換する推力発生部が設けられ、外部から回転磁界
を与えることによって本体が軸方向へ移動可能になって
いるマイクロマシンであって、このマイクロマシン本体
の長手方向端部にドリル部が設けられていることを特徴
としている。この特徴によれば、回転することによって
推進力を得る推力発生部としてらせん、スクリュー等の
メカ的手段が考えられる。この推力発生部は流体中の推
進には好適であるが、本発明のマイクロマシンの進行先
端にはドリル部が設けられているため、例え進行方向に
固体ゲル状体が存在したとしても、マイクロマシンは移
動可能であり、目的地に確実に到達できることになる。

【００１２】本発明の移動可能なマイクロマシンは、マ
イクロマシン本体の長手方向である先端、後端に、ドリ
ル部が設けられていることが好ましい。このようにすれ
ば、先端のドリル部を利用して進入した固体やゲル状体
に対して、後端のドリル部を利用することによって後進
推力が得られ、確実に目的地から離れることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の移動可能なマイク
ロマシンの移動制御システムを図面に基づき説明する。

【００１４】まず図１は、本発明の実施の一形態である
マイクロマシンの移動制御システム構成を示すブロック
図である。本実施形態の移動制御システムは、図１に示
すように、後述するマイクロマシン本体１１に非接触に
て回転力を付与するための回転磁界を形成する３対の磁
界生成コイル１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚと、各磁界生成コ
イル１２Ｘ〜１２Ｚに後述するコンピュ−タ５より出力
される制御出力に基づいて電力を供給する電源装置１３
と、前記マイクロマシン本体１１が形成する磁界を検出
する磁気センサーユニット２および３と、該磁気センサ
ーユニット２および３にて検出された磁界より、マイク
ロマシン本体１１の３次元的な現在位置を算出するとと
もに、その現在位置と目標の位置とから、最適な進行経
路を割出し、その進行経路上をマイクロマシン本体１１
が移動するように、その進路方向を決定して前記電源装
置１３により印加される各磁界生成コイル１２Ｘ〜１２
Ｚの電力を制御して各磁界生成コイル１２Ｘ〜１２Ｚに
より形成される回転磁界を変更してマイクロマシン本体
１１の進路を前記決定した進路方向へ変更させるコンピ
ュ−タ５と、から構成されている。

【００１５】この本実施形態に用いたマイクロマシン本
体１１は、図２に示すような外観とされ、直径約２ｍｍ
で長さが約７.５ｍｍの円柱形磁石の先端部に長さ約４
ｍｍのら旋構造を有する円錐型のドリル部を有する構造
とされており、前記円柱形磁石としてはネオジウム鉄ボ
ロン系磁石を使用し、その直径方法に磁化方向を有する
ように着磁されている。

【００１６】このように、マイクロマシン本体１１に装
着される磁石として前記ネオジウム鉄ボロン系磁石を用
いることは、比較的軽量でかつ着磁力の大きなものが好
ましが、本発明はこれに限定されるものではなく、その
他の磁石を用いるようにしても良い。

【００１７】まず、本実施形態において、マイクロマシ
ン本体１１が自律して移動可能となる原理について以下
に説明すると、前記のようにマイクロマシン本体１１に
はその直径方法に磁化方向を有するように着磁された円
柱形磁石が搭載されており、前記磁界生成コイル１２Ｘ
〜１２Ｚに適宜に電力が印加されて磁界が形成される
と、磁石の磁化方向と磁界方向とが平行になるような回
転力が発生し、マイクロマシン本体１１が回転するよう
になる。この回転運動は、前記円錐型のドリル部に伝達
され、該ドリル部に形成されたら旋構造により円柱軸方
向の推力に変換されてマイクロマシン本体１１が移動す
るようになる。

【００１８】これらマイクロマシン本体１１の構造は、
これらマイクロマシン本体１１を液体より固い固体ゲル
質内を移動可能なものとするためには、マイクロマシン
本体１１が周りの体ゲル質より受ける摩擦抵抗を低減で
きるように、全体の表面積が小さくなるような構造を有
し、かつ前記ら旋構造をマイクロマシン本体１１が１回
転する間に進む距離を比較的小さくするようにすること
が好ましく、この観点から前記図２に示すような構造の
マイクロマシン本体１１が好ましいが、本発明はこれに
限定されるものではなく、これらマイクロマシン本体の
構造として、図９（ａ）に示すように、液体中をも効率
良く移動できるように、円柱状の磁石の側面部分にもら
旋構造を有するものや、図９（ｃ）方向転換や目的位置
からの離脱を行い易くする目的で、その両端に円錐型の
ドリル部が形成されたものであっても良い。

【００１９】また、これらドリル部の形状も前記円錐形
に限定されるものではなく、図９（ｂ）に示すように、
その他のドリル形状としても良い。

【００２０】次いで、これらマイクロマシン本体１１の
位置検出の方法について以下に説明する。まず、本実施
形態のマイクロマシンの移動制御システムは１個のマイ
クロマシン本体１１の位置を検出する場合を例示してい
るが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００２１】本発明のマイクロマシンの移動制御システ
ムは、視覚的に遮蔽され、かつ測定空間（大域範囲）Ｒ
内に存在するマイクロマシン本体１１の位置を検出する
場合の例である。ここで、測定空間Ｒは例えば約３０ｃ
ｍ×３０ｃｍ×３０ｃｍ立方体の空間に設定してある。

【００２２】なお、マイクロマシン本体１１は実際には
視覚的に遮蔽されていて目視することはできないが、図
１においてはこれを透視した状態を図示しており、かつ
移動によって３次元磁気センサーユニット（以下、単に
磁気センサーユニットとも記す）２および３に対向した
位置にある状態を示している。なお、図１において波線
はマイクロマシン本体１１に装着された前記ネオジウム
鉄ボロン系磁石による磁力線を模式的に示している。

【００２３】本発明のマイクロマシンの移動制御システ
ムには、位置検出されるマイクロマシン本体１１に対し
て、一対の例えばフラックゲートからなる磁気センサー
ユニット２および３が所定間隔、例えば１０ｃｍの間隔
で磁気センサーユニット装着板１に装着してある。ここ
で、磁気センサーユニット装着板１は測定空間Ｒの一面
の面積を有していて、この例では３０ｃｍ×３０ｃｍの
面積に設定されており、左隅位置０を測定位置の原点に
設定してある。

【００２４】磁気センサーユニット２，３は磁界の強さ
および方向を検出する。磁気センサーユニット２，３か
らの出力は、Ａ／Ｄ変換器群４１およびインターフェー
ス回路群４２からなる信号前処理回路４に供給され、磁
気センサーユニット２，３からの出力がＡ／Ｄ変換器群
４１にてデジタルデータに変換され、インターフェース
回路群４２を介してコンピュ−タ５へ出力される。

【００２５】この信号前処理回路４からの出力データ
は、コンピュ−タ５内部のデータバスに装着された位置
検出処理基板５’に供給され、マイクロマシン本体１１
の位置がコンピュ−タ５へ出力されて、該マイクロマシ
ン本体１１の位置が、例えば３次元ワイヤフレームにて
表示装置６に表示される。

【００２６】この位置検出処理基板５’は、比較的高速
の演算回路からなり、前記磁気センサーユニット２，３
からの各出力信号に基づく出力データに基づいてマイク
ロマシン本体１１による磁気モーメントを算出する磁気
モーメント演算手段５１と、マイクロマシン本体１１が
測定空間Ｒ内で区分した予め定めた所定サイズのどの局
所範囲内に存在するか否か、たとえば５ｃｍ×５ｃｍ×
５ｃｍの立方体の空間の範囲内に存在するか否かを判別
する局所範囲判別手段５２と、マイクロマシン本体１１
が存在すると判別された局所範囲内におけるマイクロマ
シン本体１１の位置および移動方向を検出するマイクロ
マシン本体位置算出手段５３とを機能的に備えている。

【００２７】磁気センサーユニット２，３はそれぞれ一
対のフラックスゲートセンサから構成されている。磁気
センサーユニット２，３について、磁気センサーユニッ
ト２を例に説明する。

【００２８】磁気センサーユニット２を構成する一対の
フラックスゲートセンサ中の一方のフラックスゲートセ
ンサは、図３に示すように、基板２０と、基板２０上に
設けたリング状コア２２と、リング状コア２２に巻回さ
れた励磁コイル２３と、励磁コイル２３が巻回されたリ
ング状態コア２２に互いに直交して巻回された磁界検出
コイル２４および２５とを備えている。

【００２９】磁界検出コイル２４はＹ軸に直交し、磁界
検出コイル２５はＸ軸に直交して、磁界検出コイル２５
によってＸ軸方向磁界成分の強さおよび方向を検出し、
磁界検出コイル２４によってＹ軸方向磁界成分の強さお
よび方向を検出する。

【００３０】さらに、キャリア周波数ｆｃの発振を行う
キャリア発振器３０からの発振出力を受けてキャリア周
波数ｆｃを分周器２１によって２分周し、該２分周出力
によって励磁コイル２３を励磁する。

【００３１】磁界検出コイル２５からの出力信号とキャ
リア発振器３０からの発振出力を乗算することにより同
期検波回路２８にて同期検波し、同期検波回路２６から
の出力をローパスフィルタ２７にて積分して、Ｘ軸方向
磁界検出出力を得る。同様に、磁界検出コイル２４から
の出力信号とキャリア発振器３０からの発振出力を乗算
することにより同期検波回路２８にて同期検波し、同期
検波回路２８からの出力をローパスフィルタ２９にて積
分して、Ｙ軸方向磁界検出出力を得る。

【００３２】磁気センサーユニット２の他方のフラック
スゲートセンサは、磁気センサーユニット２の一方のフ
ラックスゲートセンサと同様の構成であるが、一方のフ
ラックスゲートセンサにおけるコイル２４、同期検波回
路２８およびローパスフィルタ２９を除去した構成であ
り、図１および後記の図６に模式的に示すように、磁気
センサーユニット２の他方のフラックスゲートセンサを
形成する基板は、磁界検出コイルがＺ軸と直交するよう
に磁気センサーユニット２の一方のフラックスゲートセ
ンサを形成する基板２０の下面に直交してＴ字状に一体
に設けてあって、磁界検出コイルからの出力を同期検波
および積分してＺ軸方向磁界の強さおよび方向に基づく
Ｚ軸方向磁界検出出力を得る。

【００３３】したがって、磁気センサーユニット２から
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向磁界の強さに基づく出力が送出され
る。

【００３４】ここで、フラックスゲートセンサからは、
磁界検出コイルの巻線直交する方向からの外部磁界の強
さに応じて出力電圧が出力され、この電圧の周波数はフ
ラックスゲートセンサの励磁周波数ｆｃ／２の２倍のキ
ャリア周波数ｆｃである。

【００３５】次に、同期検波回路２６，２８について、
図３に示す同期検波回路２６を例にして、同期検波回路
を説明すれば、同期検波回路２６はキャリア発振器３０
の出力を反転するインバータ２６１と、キャリア発振器
３０の出力によって磁界検出コイル２５からの出力をオ
ン・オフするスイッチ２６２と、インバータ２６１の出
力によって磁界検出コイル２５の出力をオン・オフする
スイッチ２６３と、スイッチ２６２の出力とスイッチ２
６３の出力を増幅する演算増幅器２６４とからなり、演
算増幅器２６４の出力をローパスフィルタ２７へ送出す
る。

【００３６】分周器２１の出力は図４（ａ）に示す波形
であり、磁界検出コイル２５の出力は図４（ｂ）に示す
如くキャリア周波数ｆｃの信号であって正負の極性を有
している。スイッチ２６２のオン・オフの波形は図４
（ｃ）に示す如くであり、スイッチ２６３のオン・オフ
の波形は図４（ｄ）に示す如くであって、スイッチ２６
２および２６３によって実質的に両波整流を行っている
ことになり、演算増幅器２６４の出力は図４（ｅ）に示
す如くになる。Ｙ軸およびＺ軸方向磁界検出出力につい
ても同様の処理がなされる。

【００３７】なお、磁気センサーユニット３についても
磁気センサーユニット２と同様に構成してあり、同様に
３軸方向磁界の強さに基づく出力が得られる。

【００３８】次に、磁気センサーユニット２を構成する
磁界検出コイルから出力されるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向磁
界の強さおよび方向の出力について図５により説明す
る。図５において波線はマイクロマシン本体１１による
磁力線を示している。

【００３９】磁気センサーユニット２の位置Ｃにおける
磁界の強さおよび方向をＡとし、磁界の強さおよび方向
ＡのＸ軸方向磁界の強さ、Ｙ軸方向磁界の強さ、Ｚ軸方
向磁界の強さをそれぞれＡｘ、Ａｙ、Ａｚとし、ｃｏｓ
α、ｃｏｓβ、ｃｏｓｙを磁界の強さおよび方向Ａの方
向余波とすれば、Ａｘ＝Ａｃｏｓα、Ａｙ＝Ａｃｏｓ
β、Ａｚ＝ｃｏｓｙであり、磁界検出コイル２５からは
Ａｘの出力が、磁界検出コイル２４からはＡｙの出力
が、Ｚ軸方向の磁界検出コイルからはＡｚの出力が送出
される。磁界の強さおよび方向Ａは、Ａ＝√（Ａｘ^２＋
Ａｙ^２＋Ａｚ^２）で与えられる。

【００４０】磁気センサーユニット３についても磁気セ
ンサーユニット２の場合と同様であって、磁気センサー
ユニット３の位置Ｄにおける磁界の強さおよび方向をＢ
として示してある。

【００４１】図６は、磁気センサーユニット２と、磁気
センサーユニット２の出力を処理する信号前処理回路４
の構成を示している。

【００４２】磁気センサーユニット２から出力されるＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向磁界の強さに基づく信号は、各別に
Ａ／Ｄ変換器４１１、４１２、４１３にて同時にＡ／Ｄ
変換され、Ａ／Ｄ変換器４１１、４１２、４１３からの
Ａ／Ｄ変換出力は各別にインターフェース回路４２１、
４２２、４２３を介して位置検出処理基板５’へ出力さ
れる。磁気センサーユニット３から出力されるＸ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸方向磁界の強さに基づく信号も同様に処理され
て、位置検出処理基板５’へ出力される。

【００４３】次に、位置検出処理基板５’における視覚
的に遮蔽された状態のマイクロマシン本体１１の位置検
出処理について図７および図８のフローチャートに基づ
いて説明する。

【００４４】信号前処理回路４において信号処理された
磁気センサーユニット２，３からの出力データを受けた
位置検出処理基板５’では、マイクロマシン本体１１を
遠ざけて磁気センサーユニット２，３にて地磁気を検出
する状態にして地磁気を計測し、地磁気の補正を行う等
の初期設定を行って、続いて、磁気センサーユニット２
からの出力を読み込む磁界計測が行われる（ステップＳ
１）。

【００４５】この磁界計測においてＺ軸方向磁界の強さ
を求める磁界検出コイルは基板２０の表面に位置してい
ないため、基板２０からＺ軸方向磁界検出コイルの巻回
中心位置までの長さの補正を行って磁界計測を行う。

【００４６】ステップＳ１に続いて、同期検波および積
分された磁気センサーユニット２からの出力がＡ／Ｄ変
換され（ステップＳ２）、Ａ／Ｄ変換された各磁気セン
サーユニット２，３からの出力を一旦記憶し、（ステッ
プＳ３）、磁気センサーユニット３からの出力について
実行されたか否かがチェックされ、全磁気センサーユニ
ット２，３からの出力についてＡ／Ｄ変換がなされ、記
憶がなされるまで繰り返す（ステップＳ４）。

【００４７】ステップＳ４において全磁気センサーユニ
ット２、３からの出力についてＡ／Ｄ変換がなされ、記
憶されたとき、ステップＳ４に続いてマイクロマシン本
体１１の位置およびその方向を算出する後記のステップ
Ｓ５が実行される。磁気センサーユニット２，３からの
出力に基づきマイクロマシン本体１１の位置を求めるた
めに、本明細書および図７のステップＳ５その他におい
て、「逆問題を解き」、と記載してある。

【００４８】ステップＳ５においてマイクロマシン本体
１１の位置および移動方向が算出されると、算出された
マイクロマシン本体１１の位置および移動方向が表示装
置６に、３次元ワイヤーフレーム表示される（ステップ
Ｓ６）。

【００４９】次に逆問題の演算ルーチンを図８のフロー
チャートによって説明する。ステップＳ４に続いて逆問
題を解く逆問題演算ルーチンに入ると、磁気センサーユ
ニット２，３からの出力に基づいて、マイクロマシン本
体１１の磁気モーメントが演算される（ステップＳ５
１）。次いで、測定空間Ｒを所定の空間（局所範囲）に
分割、例えば５ｃｍ×５ｃｍ×５ｃｍの立方体の空間に
分割して、その分割されたいずれかの局所範囲内に逆問
題の解が存在するか否かをチェックすることによってな
される（ステップＳ５２）。

【００５０】ステップＳ５２における解の存在は、局所
範囲を形成する６面体の各面における評価関数を磁気モ
ーメントに基づき算出し、局所範囲を形成する６面体の
うち１面でも評価関数の値の極性が異なる値の面が存在
するか否かによって判別される。すなわち、局所範囲内
にマイクロマシン本体１１が存在するときは、局所範囲
を形成する６面体のうち１面でも評価関数の値の極性が
異なる極性になったとき、局所範囲内にマイクロマシン
本体１１が存在しないときは、局所範囲を形成する６面
体の総ての面の評価関数の値の極性が同一極性になるこ
とからマイクロマシン本体１１の存否、すなわち解が存
在するか否かが判別される。

【００５１】ステップＳ５２におけるチェックによっ
て、局所範囲内に逆問題の解が存在しないと判別された
とき、すなわち局所範囲内にマイクロマシン本体１１が
存在しないと判別されたときは隣の局所範囲に移動して
（ステップＳ５３）、測定空間Ｒの全部にわたって実行
したか否かがチェックされ（ステップＳ５４）、測定空
間Ｒ内の全部にわたって実行していないときは、ステッ
プＳ５４に続いてステップＳ５２が実行される。

【００５２】ステップＳ５４において測定空間Ｒ内の全
部にわたって実行したときは測定空間Ｒに解が存在する
局所空間が見つからなかったときであって、ステップＳ
５４に続いて解なしの表示が表示装置６になされる（ス
テップＳ５５）。

【００５３】ステップＳ５２において解が存在する局所
範囲が見つかったときは、ステップＳ５２に続いて解が
存在する局所範囲において、ニュートンラプソン法を適
用して解を求め、求めた解が収束するか否かがチェック
される（ステップＳ５６）。ここで、収束は例えば評価
関数の値が１０^−３を閾値として、評価関数の値が１０
^−３以下になったら収束したと判別する。これは評価関
数の値が０のとき真に収束であるからである。

【００５４】ステップＳ５６において解が収束すると判
別されたときは初期値の設定がなされる（ステップＳ５
７）。ステップＳ５６において解が収束しないと判別さ
れたときは、評価関数の最小値（＞０）を解とし（ステ
ップＳ５８）、ステップＳ５８に続いて初期値の設定が
なされる（ステップＳ５７）。この場合において初期値
は、解が存在する局所範囲が求まったとき、その局所範
囲内の中心位置を初期値とすることが好都合である。

【００５５】上記のステップＳ５１〜ステップＳ５８で
は予め定めた領域内において解の存在を求め、その解が
収束するか否かをチェックして初期値を設定しており、
この解法を本明細書においては、局所解法とも記してい
る。これは測定空間Ｒの領域より小さな空間内、すなわ
ち５ｃｍ×５ｃｍ×５ｃｍの立方体の空間内におけるマ
イクロマシン本体１１の存在を求めているためである。

【００５６】ステップＳ５７に続いて初期値に基づき解
が存在した局所範囲においてニュートンラプソン法によ
って解を求め（ステップＳ５９）、ステップＳ６が実行
される。ステップＳ５９を本明細書では局所解法とも記
している。局所範囲内において解を求めているためであ
る。

【００５７】このように解が内部に存在する局所領域を
求め、解が存在する局所領域内で解を求めるために、す
なわち局所解法によってマイクロマシン本体１１の位置
および方向を検出するために、測定空間Ｒ内を区分しな
いで順次解を求めていく場合に比較してきわめて早く解
が得られ、すなわちマイクロマシン本体１１の位置およ
び方向が得られる。

【００５８】なお、マイクロマシン本体１１の数が増加
しても、それぞれのマイクロマシン本体１１位置が、異
なる局所範囲内に存在するときは、それぞれのマイクロ
マシン本体１１に対して順次収束解が求められる。

【００５９】また、２つのマイクロマシン本体１１が同
一の局所範囲内に存在するような場合は、２つのマイク
ロマシン本体１１による合成磁界のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の
成分に基づいてマイクロマシン本体１１の位置が測定さ
れる。

【００６０】上記した本発明の実施の一形態にかかるマ
イクロマシンの移動制御システムにおいて、測定空間Ｒ
を、例えば３０ｃｍ×３０ｃｍ×３０ｃｍの立方体とし
て説明したが、この測定空間Ｒは使用するフラックスゲ
ートセンサの感度および誤差とマイクロマシン本体１１
の磁気モーメントによって定められる。

【００６１】また分割した所定の範囲、すなわち局所範
囲を５ｃｍ×５ｃｍ×５ｃｍの立方体としたが、この局
所範囲はニュートンラプソン法による演算時に収束する
程度の範囲に選択すればよく、マイクロマシン本体１１
の数、マイクロマシン本体１１と磁気センサーユニット
との距離、磁気センサーユニットの感度、マイクロマシ
ン本体１１の磁気モーメントに基づいて設定すればよ
い。

【００６２】なお、上記した本発明の実施の一形態にか
かるマイクロマシンの移動制御システムにおいては、視
覚的に遮蔽されたマイクロマシン本体１１の位置および
方向を検出する場合を例示したが、視覚的に遮蔽されて
いないマイクロマシン本体１１の位置および方向を測定
する場合も同様である。

【００６３】このようにして、前記位置検出処理基板
５’により検出されたマイクロマシン本体１１の位置と
移動方向（向き）とは、その座標データとして前記コン
ピュータ５に出力され、その現在位置の座標データとコ
ンピュータ５において予め設定されている目的位置の座
標データとから、目的位置への最適な経路がコンピュー
タ５の処理プログラムにより形成された経路決定手段５
４により選出され、該選出された経路上をマイクロマシ
ン本体１１が移動するように、逐次その方向が経路決定
手段５４により決定されてその決定された方向へマイク
ロマシン本体１１が誘導される。

【００６４】このマイクロマシン本体１１の誘導（方向
変更）の手法は、前記マイクロマシン本体１１が前述の
ように磁界生成コイル１２Ｘ〜１２Ｚにより形成される
回転磁界により発生する磁気トルク（回転）を利用して
移動するが、この回転磁界の回転面を適宜に変更制御す
ることでマイクロマシン本体１１の進行方向である向き
を変更することができる。すなわち、回転磁界回転面に
対して垂直方向に進行する本マイクロマシン本体１１の
特徴を利用し、前記回転面を傾けることによりマイクロ
マシン本体１１の進行方向が変更される。このため、本
実施形態では、これら回転磁界の回転面を変更するため
に、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の各方向に磁界を形成する
ための３組の磁界生成コイル１２Ｘ〜１２Ｚを用い、前
記経路決定手段５４により決定された方向へマイクロマ
シン本体１１が向くような回転面となるように、各磁界
生成コイル１２Ｘ〜１２Ｚに印加される電流の強さと位
相とを演算により算出して制御する回転磁界制御手段５
５が、プログラムにより形成されており、該回転磁界制
御手段５５にて算出された電流の強さと位相情報とが前
記電源装置１３に出力され、これら制御情報に基づき電
源装置１３により磁界生成コイル１２Ｘ〜１２Ｚに印加
される電流の強さと位相とが制御されて、マイクロマシ
ン本体１１が目的の位置へ適宜に誘導されていく。

【００６５】以下、本実施形態のマイクロマシンの移動
制御システムを用い、移動する固体媒体として細菌培養
用の培地寒天を用いた際の実験結果を示す。前記図２に
示すマイクロマシン本体１１に、磁界強度１５０Ｏｅの
回転磁界を印加すると回転運動を行い前記寒天培地中を
移動した。その移動速度は、回転磁界の回転周波数に大
きく依存し、周波数１Ｈｚでは、毎秒２ｍｍ、周波数５
０Ｈｚでは、毎秒２０ｍｍの速度で進行した。さらに、
回転磁界の磁界回転面を変化させることによりマイクロ
マシン本体１１は寒天中でその進行方向を変えることが
可能であった。図１０はマイクロマシン本体１１の進行
方向制御実験の一例であり、磁界回転周波数０.５Ｈ
ｚ、磁界強度１５０Ｏｅにおいて、半径５０ｍｍで転回
することが可能であり、スタート地点からゴール地点ま
での経路を、障害壁を回避しながら進行することが可能
であった。

【００６６】また、前記マイクロマシン本体１１を図９
（ｃ）に示すような、円柱形磁石の両端にら旋形状を有
するドリル部を有するものを用いることで、前記回転磁
界を変更することにより、マイクロマシン本体１１の回
転方向を容易に逆転でき、それによりロボットは後退で
きるので、適宜に切り返しを実施してより小さな回転半
径で進行方向を変えることも可能である。

【００６７】以上、説明したような本実施形態のマイク
ロマシンの移動制御システムを用いれば、例えば医療等
へのマイクロマシンの応用を考えた場合においては、こ
れらマイクロマシン本体１１を患部へ的確な経路を通じ
て誘導することが必須となるが、これらマイクロマシン
本体１１を非接触にてその目的位置へ的確に誘導するこ
とが可能となり、本発明のマイクロマシンの移動制御シ
ステムはマイクロマシンの医療等への応用を考えた場合
に、非常に重要な技術と成り得るものである。

【００６８】以上、本発明の実施形態を図面により前記
実施例にて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限
定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲
における変更や追加があっても本発明に含まれることは
言うまでもない。

【００６９】

【発明の効果】本発明は次の効果を奏する。

【００７０】（ａ）請求項１の発明によれば、投入され
たロボット本体の位置は位置検出部で把握されており、
回転磁界の向きを変えることで、進行しているロボット
の方向制御を行いながらロボットを目的地へ確実に導く
ことができる。

【００７１】（ｂ）請求項２の発明によれば、ロボット
本体を到達させたい目的位置のみを入力しておくだけ
で、自動的にロボット本体を目的位置に到達させること
が可能となる。

【００７２】（ｃ）請求項３の発明によれば、前記ロボ
ット本体は、外部から印加される回転磁界の回転面に垂
直の姿勢を保ちながら推進を行う。このことから、磁界
の回転面を変えることでマシンの推進方向も変えること
ができる。

【００７３】（ｄ）請求項４の発明によれば、回転する
ことによって推進力を得る推力発生部としてらせん、ス
クリュー等のメカ的手段が考えられる。この推力発生部
は流体中の推進には好適であるが、本発明のマイクロマ
シンの進行先端にはドリル部が設けられているため、例
え進行方向に固体ゲル状体が存在したとしても、マイク
ロマシンは移動可能であり、目的地に確実に到達できる
ことになる。

【００７４】（ｅ）請求項５の発明によれば、先端のド
リル部を利用して進入した固体やゲル状体に対して、後
端のドリル部を利用することによって後進推力が得ら
れ、確実に目的地から離れることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のマイクロマシンの移動制御
システムの構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施形態に用いたマイクロマシン本体
の構造を示す外観図である。

【図３】本発明の実施形態に用いた磁気センサーユニッ
トの構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施形態に用いた磁気センサーユニッ
トにおける同期検波回路の作用の説明に供する模式説明
図である。

【図５】本発明の実施形態に用いた磁気センサーユニッ
トによる磁界強さの検出の説明図である。

【図６】本発明の実施形態に用いた磁気センサーユニッ
トと信号前処理回路と位置検出処理基板との接続図であ
る。

【図７】本発明の実施形態に用いた位置検出処理基板に
おける処理内容を示すフロー図である。

【図８】本発明の実施形態に用いた位置検出処理基板に
おける作用の説明に供するフロー図である。

【図９】本発明の好適なその他の形状のマイクロマシン
本体の構造を示す外観図である。

【図１０】本発明の実施形態における進路変更の実験状
況を示す図である。

【符号の説明】

１ 磁気センサーユニット装着板 ２，３ 磁気センサーユニット ４ 信号前処理回路 ５ コンピュータ ５’ 位置検出処理基板 ６ 表示装置 １１ マイクロマシン本体 １２Ｘ，Ｙ，Ｚ 磁界生成コイル ２０ 基板 ２２ リング状コア ２３ 励磁コイル ２４，２５ 磁界検出コイル ２６，２８ 同期検波回路 ２７，２９ ローパスフィルタ ４１ Ａ／Ｄ変換器群 ４２ インタフェース回路群 ５１ 磁気モーメント演算手段 ５２ 局所範囲判別手段 ５３ マイクロマシン位置算出手段 ５４ 経路決定手段 ５５ 回転磁界制御手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転磁界を発生する磁界発生部と、前記
   磁界発生部が発生した回転磁界を受け、回転して推力を
   得るロボット本体と、前記ロボット本体の位置を検出す
   る位置検出部と、前記位置検出部が検出した前記ロボッ
   ト本体の位置に基づき、前記ロボット本体を目的地へ到
   達させる方向へ向けるべく前記磁界発生部による回転磁
   界の向きを変更する磁界変向手段と、からなることを特
   徴とする移動可能なマイクロマシンの移動制御システ
   ム。
2. 【請求項２】 前記位置検出部が検出したロボット本体
   の位置と、ロボット本体を到達させたい目的位置との情
   報に基づいて、ロボット本体が進行する最適条件での方
   向を割出し、前記磁界変向手段による回転磁界の向きの
   変更を制御する制御部を有してなる請求項１に記載の移
   動可能なマイクロマシンの移動制御システム。
3. 【請求項３】 回転磁界を発生させる磁界発生部と、前
   記磁界発生部が発生した回転磁界を受け、回転して推力
   を得るロボット本体とを有し、前記磁界発生部にて形成
   される回転磁界面が三次元空間内で所定方向に変向可能
   になっていることを特徴とする移動可能なマイクロマシ
   ンの移動制御システム。
4. 【請求項４】 長手方向の軸と直角方向に磁化方向を有
   する磁石が搭載された棒状の本体に、回転運動を推進力
   に変換する推力発生部が設けられ、外部から回転磁界を
   与えることによって本体が軸方向へ移動可能になってい
   るマイクロマシンであって、このマイクロマシン本体の
   長手方向端部にドリル部が設けられていることを特徴と
   する移動可能なマイクロマシン。
5. 【請求項５】 マイクロマシン本体の長手方向である先
   端、後端に、ドリル部が設けられている請求項４に記載
   の移動可能なマイクロマシン。