JP4660590B2

JP4660590B2 - カプセル型マイクロロボット駆動システム

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Publication number: JP4660590B2
Application number: JP2008511039A
Authority: JP
Inventors: パク，ソク・ホ; キム，ビョン・ギュ; パク，ヒョン・ジュン
Original assignee: コリアインスティテュートオブサイエンスアンドテクノロジー
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-12-13
Also published as: CN101188964B; US7365509B2; KR100702155B1; US20060257234A1; WO2006121239A1; EP1885231A1; CN101188964A; EP1885231A4; JP2008539936A; KR20060117110A; EP1885231B1

Description

本発明はカプセル型マイクロロボット駆動システムに関し、特に、臓器の粘液質の壁面を掴んで高速で移動できるカプセル型マイクロロボット駆動システムに関する。

一般に、カプセル型内視鏡に使用されるマイクロロボットは、臓器の内部を撮影する超小型カメラ、臓器の組織を切り離すピンセット、カメラで撮影した臓器の映像を外部に送信する通信機構、及びその他の診断のための装備などが装着されており、医者が臓器の組織を触るようにして患部を検査するのに使用される。このようなマイクロロボットにより、患者に大きな苦痛を与えることなく、胃、小腸、大腸などの臓器の内部を内視鏡で撮影することができるだけでなく、簡単な手術や薬物の注射をすることもできる。

しかし、従来のカプセル型内視鏡用マイクロロボットは、まだ商用化されておらず、研究が行われている。ロボット駆動システムの１つとして、空気により膨張するクランプ機構で大腸の壁を歩いて移動するシャクトリムシ型マイクロロボット駆動システムの研究が行われている。しかし、このような原理を利用してマイクロロボットを移動させるためには、必ずロボットの胴部と移動しようとする周辺との密着が必要であるが、臓器の内壁は粘液物質と臓器の粘弾性特性により密着が困難であるという限界があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、滑りやすい粘液で覆われている臓器内でも高速で移動でき、信頼性を有するカプセル型マイクロロボット駆動システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、外周面に係止溝が形成された内部シリンダと、前記内部シリンダを長手方向に移動させる駆動部と、前記内部シリンダを囲むように内部に中空部が形成された外部シリンダと、前記外部シリンダの外周面に長手方向に貫通形成された第１露出孔と、前記外部シリンダに所定の範囲で回動可能にヒンジ固定され、回動により広がると前記第１露出孔から露出し、回動により畳まれると前記第１露出孔から露出しないように形成された脚部と、前記外部シリンダを囲むように形成されたカプセルと、前記第１露出孔と整列され、前記脚部が広がった状態で前記脚部が前記カプセルの外部に露出するように前記カプセルの長手方向に形成された第２露出孔とを含み、前記内部シリンダの移動方向に応じて、前記脚部と前記係止溝の干渉により前記脚部が畳まれるか又は広がることを特徴とするカプセル型マイクロロボット駆動システムを提供する。

ここで、前記外部シリンダの外周面には円周方向に沿って一列にヒンジ溝が形成され、前記脚部の回転中心には回動中心孔が形成され、前記脚部の回動中心孔をワイヤが貫通し、前記ワイヤが前記ヒンジ溝に収納されるように構成されることが好ましい。

また、前記カプセル型マイクロロボット駆動システムは、前記外部シリンダの外周面に形成された回転防止溝と、前記カプセルの内周面に前記回転防止溝と係合されるように形成された回転防止突起とをさらに含むことが好ましい。逆に、前記カプセル型マイクロロボット駆動システムは、前記外部シリンダの外周面に形成された回転防止突起と、前記カプセルの内周面に前記回転突起と係合されるように形成された回転防止溝とをさらに含むこともできる。

前記内部シリンダは中央部に貫通形成された中空部を備え、前記外部シリンダ内で前記内部シリンダの回転運動が防止されるように、前記内部シリンダの外周面には長手方向に凹溝が形成され、前記外部シリンダの内周面には前記凹溝と係合されるように突起が形成され、前記駆動部は、前記カプセルの後部に装着されたモータと、前記モータの回転に連動して回転し、前記内部シリンダの中空部に締結されるネジ棒とを含むことが好ましい。

一方、前記構成とは異なり、前記カプセル型マイクロロボット駆動システムは、前記内部シリンダに長手方向に貫通形成されたガイド孔と、前記ガイド孔を貫通して固定されたガイド棒とをさらに含み、前記駆動部は、前記カプセルの後部に装着されたモータと、前記モータの回転に連動して回転し、前記内部シリンダの中空部に締結されるネジ棒とを含むこともできる。

前記カプセル型マイクロロボット駆動システムは、前記カプセルの頭部に装着されたカメラをさらに含むことが好ましい。

臓器の内壁とカプセルの摩擦力を低減するために、前記カメラを装着した前記カプセルの頭部は半球状に形成し、前記カプセルには、移動時に臓器との摩擦を低減するための凝着防止剤（anti-adhesion agent）をコーティングすることが好ましい。

前記脚部は、臓器の壁面との接触を円滑にするために３つ以上形成し、放射状に配置することが好ましい。

臓器の内壁を掴んで前進する脚部と臓器の内壁間の摩擦力を増加させるために、前記脚部の端部には微細な複数の突起を形成することが好ましい。ここで、前記脚部の端部に形成された微細な複数の突起は、微細な繊毛からなり、臓器の壁面と前記脚部の端部の接着力を増加させることができる。このような構造は、とがった外形を有する脚部の端部が臓器の壁面を掴む機械的方法とは異なり、臓器の表面の損傷を低減でき、カプセル型ロボットがより柔らかく臓器の壁面を掴んで移動できるようにする。さらに、このような微細な繊毛を備えた脚部の端部を、臓器の壁面に容易に接着し、かつ臓器の壁面から容易に脱着することができるように、前記脚部の端部にフレキシブルジョイントを形成することもできる。

前記駆動部は、ＰＺＴリニア超音波モータを含むことができる。この場合、前記ＰＺＴリニア超音波モータを使用することにより、前記内部シリンダの長手方向の運動を実現することができる。

前記カプセルのカメラにより撮影した映像などを外部に送信するために、前記カプセルの内部と外部の通信を可能にする通信機構をさらに含むことが好ましい。

製造を容易にするために、前記係止溝は、前記内部シリンダの外周面に円周方向に一列に形成することが好ましい。

さらに、前記係止溝は、底面が平坦になるように垂直に凹んで形成されることにより、前記係止溝と前記脚部間の係止効果を極大化できる。

本発明は、カプセルの頭部が半球状に形成され、カプセルの外面に移動時に臓器との摩擦を低減するための凝着防止剤がコーティングされており、人体の臓器の内壁との摩擦を低減した状態で移動できるように構成され、特に、カプセルの内外側に畳まれたり広がったりする脚部が、臓器の内壁に完全に密着して壁面に付着した状態で、駆動部と内部シリンダ間の距離に該当するリニアストロークだけ移動できるように構成されることにより、信頼性があり、迅速に移動できるカプセル型マイクロロボット駆動システムを提供する。

また、本発明によるカプセル型マイクロロボット駆動システムは、脚部が臓器の壁面に完全に密着した状態で、サンプリング、イメージ取得、モニタリングなどの必要な作業を行うことができる。

さらに、本発明によるカプセル型マイクロロボット駆動システムは、カプセル型内視鏡の用途に活用できるだけでなく、円管や粗悪な環境で移動できる移動装置としても活用できる。

さらに、本発明によるカプセル型マイクロロボット駆動システムは、前進と後進の両方が可能であるため、カプセル型内視鏡の用途に使用した場合、通り過ぎた部位をより詳細にさらに観察しようとするとき、前記カプセル型マイクロロボット駆動システムを後進させて再び観察しようとする位置に移動させることができるので、より広範囲な使用目的を満たす。

また、前記脚部の端部の突起を微細な繊毛で形成することにより、臓器の内壁を掴んで移動するときに発生し得る臓器の壁面の損傷を大幅に低減できるだけでなく、よりスムーズに移動できる。

前記カプセル型マイクロロボット駆動システムは、前述のように簡単かつ効率的な構造を有するので、人体の大腸、小腸などの検査及び診断のためのカプセル型内視鏡に適用されることによって、移動機能を有することなく腸運動により移動していた既存の内視鏡に比べて、迅速かつ容易に内視鏡検査が行え、人体の消化器の手術用途にも活用できる。さらに、本発明によるカプセル型マイクロロボット駆動システムは、安価な製作コストで容易に製作でき、そのサイズを直径１１ｍｍ以下、長さ２６ｍｍ以下と非常に小さく構成できるので、内視鏡検査時の患者の苦痛を最小化できる。

以下、本発明によるカプセル型マイクロロボット駆動システムの好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１〜図６に示すように、本発明の一実施形態によるカプセル型マイクロロボット駆動システム１００は、カプセルを移動させる駆動部１１０と、駆動部１１０により前記カプセルの長手方向に移動する内部シリンダ１２０と、内部シリンダ１２０を囲むように内部に中空部１３０ａが形成された外部シリンダ１３０と、内部シリンダ１２０及び外部シリンダ１３０を囲むように形成されたカプセル１４０と、外部シリンダ１３０に回動可能に固定され、内部シリンダ１２０の移動方向に応じてカプセル１４０の内側に畳まれるか又はカプセル１４０の外側に広がる脚部１５０と、カプセル１４０の頭部に半球状に形成されたカメラ１６０とを含む。

駆動部１１０は、カプセル１４０の尾部に装着された超小型モータ１１１と、超小型モータ１１１の回転軸と連動して回転するネジ棒１１２とを備える。超小型モータ１１１はバッテリにより駆動される。

内部シリンダ１２０は、駆動部１１０のネジ棒１１２に締結されるように中央貫通部にネジ山１２１が形成され、その外周面の中央部に円周方向に沿って係止溝１２２が凹んで形成される。ここで、係止溝１２２は、脚部１５０の一部を収容する空間を確保するためのものであり、図３及び図４に示すように、内部シリンダ１２０の移動に応じて、脚部１５０との干渉により、脚部１５０がワイヤ１５９を中心に回動して畳まれるか又は広がる。また、図３及び図４に示すように、係止溝１２２は、垂直壁１２２ａ、１２２ｂを有するように凹んで形成され、その底面が平坦である。

外部シリンダ１３０は、脚部１５０が所定の角度で回動できるように、外周面に脚部１５０の回動方向（外部シリンダの長手方向）に形成された凹溝１３１を備え、ヒンジ孔１５１を貫通するワイヤ１５９が収納されるように、外周面に円周方向に一列に凹んで形成されたヒンジ溝１３２を備える。さらに、脚部１５０の一部が内部シリンダ１２０の係止溝１２２内に収容されるように、凹溝１３１の内側の一部面が貫通した第１露出孔１３３ａが形成される。

カプセル１４０は、ロボットの胴部になる部分であり、臓器内を高速で移動できるように、移動時に臓器との摩擦を低減するための凝着防止剤が外面にコーティングされており、脚部１５０が臓器の内壁に直接接触して密着した後に移動できるように、カプセル１４０の外周面には、脚部１５０を露出させるための第２露出孔１４１が長手方向に長く形成される。さらに、カプセル１４０の頭部には、カメラ１６０を装着する孔１４２が形成される。

ここで、第２露出孔１４１は、脚部１５０の位置に整列され、図１に示すように、外部シリンダ１３０に６つの脚部１５０が形成されるので、第２露出孔１４１も６つ形成される。

６つの脚部１５０は、外周シリンダ１３０の外周に６０゜間隔で設置されており、臓器の内壁により多くの接触点を有して密着するようにする。これにより、脚部１５０と臓器１０間の摩擦力をより効果的に確保できる。より大きな摩擦力を得るためには、臓器１０の内壁に接触する脚部１５０の端部に複数の微細な突起１５３（図１４（ｃ）参照）が形成されることが好ましい。

ここで、脚部１５０を回動可能に外部シリンダ１３０に固定することは、脚部１５０のヒンジ孔１５１に１つのワイヤ１５９を貫通させ、脚部１５０のそれぞれはその一部が外部シリンダ１３０の第１露出孔１３３ａを貫通するように挿入し、ワイヤ１５９をヒンジ溝１３２に収納することにより実現される。ここで、図３及び図５に示すように、第１露出孔１３３ａを貫通するように挿入された脚部１５０の一部分は、外部シリンダ１３０の中央部に形成された内部シリンダ１２０の係止溝１２２に収容される。これにより、脚部１５０は、外部シリンダ１３０の凹溝１３１に回動可能に設置され、内部シリンダ１２０が外部シリンダ１３０に対してカプセル１４０の長手方向に移動すると、内部シリンダ１２０の係止溝１２２と挿入された脚部１５０の一部分が干渉して、内部シリンダ１２０の移動方向に応じて脚部１５０が畳まれるか又は広がる。

前述のように構成された本発明の一実施形態１００においては、モータ１１１の駆動によりネジ棒１１２が回転すると、内部シリンダ１２０がカプセル１４０の長手方向に移動しなければならない。これを実現するためには、内部シリンダ１２０の回転が拘束されなければならないので、図５に示すように、内部シリンダ１２０の外周面に回転防止突起１２３が形成され、回転防止突起１２３と係合されるように、外部シリンダ１３０の内周面全体にわたって長手方向に回転防止溝１３５が形成される。従って、内部シリンダ１２０は、外部シリンダ１３０に対して長手方向の直線運動のみ可能であり、回転運動は拘束される。

同様に、外部シリンダ１３０も、カプセル１４０の内部で回転運動が拘束される。これは、内部シリンダ１２０と外部シリンダ１３０が同時に回転することを防止すると共に、外部シリンダ１３０に設置された脚部１５０をカプセル１４０の第２露出孔１４１間に整列するためである。このために、カプセル１４０の内周面には突起１４１ｂが形成され、突起１４１ｂと係合されるように、外部シリンダ１３０の外周面の長手方向全体にわたって溝１３４が形成される。

以下、本発明の一実施形態によるカプセル型マイクロロボット駆動システムの組立方法を説明する。

まず、モータ１１１やネジ棒１１２などを結合して駆動部１１０を組み立てる。次に、ネジ棒１１２に内部シリンダ１２０を螺合し、内部シリンダ１２０が外部シリンダ１３０により囲まれるようにする。この状態で、ワイヤ１５９を６つの脚部１５０のヒンジ孔１５１に貫通させてこれらをつなぎ、それぞれの脚部１５０を外部シリンダ１３０の外周面に貫通形成された第１露出孔１３３ａの位置に挟んだ後にワイヤ１５９の自由端を結び、ワイヤ１５９をヒンジ溝１３２に挿入して収納する。ここで、それぞれの脚部１５０の一部が外部シリンダ１３０を貫通して内部シリンダ１２０の係止溝１２２の空間部に収容されるので、脚部１５０が外部シリンダ１３０に固定された後は、内部シリンダ１２０は外部シリンダ１３０から分離されない。

次に、外部シリンダ１３０の溝１３４とカプセル１４０の内周面の突起１４１ｂとが係合されるように、内部シリンダ１２０、外部シリンダ１３０、及び駆動部１１０の組立体をカプセル１４０内に挿入して固定する。前記組立体がカプセル１４０内に挿入された状態では、外部シリンダ１３０の第１露出孔１３３ａとカプセル１４０の第２露出孔１４１とが整列されているので、脚部１５０は、広がった状態では、露出孔１３３ａ、１４１を共に貫通してカプセル１４０の外部に露出する。

次に、カプセル１４０の頭部にカメラ１６０を固定することにより、本発明の一実施形態によるカプセル型マイクロロボット駆動システム１００の組立を完了する。

以下、本発明の一実施形態によるカプセル型マイクロロボット駆動システムの動作原理を説明する。

駆動部１１０のネジ棒１１２が一方に回転した場合、図３に示すように、内部シリンダ１２０が下方ｄ１に下がり、内部シリンダ１２０の係止溝１２２の上側壁１２２ｂは脚部１５０を下方に押し、脚部１５０は図中の符号ａ１で示す方向に広がる。

また、駆動部１１０のネジ棒１１２が他方に回転した場合、図４に示すように、内部シリンダ１２０が上方ｄ２に上がり、内部シリンダ１２０の係止溝１２２の下側壁１２２ａは脚部１５０を上方に押し、脚部１５０は図中の符号ａ２で示す方向に畳まれる。

以下、前記原理により、本発明の一実施形態によるカプセル型マイクロロボット駆動システム１００が臓器１０の内壁で移動する原理を説明する。

図６（ａ）は脚部１５０が畳まれた状態を示す図である。図６（ａ）の状態でネジ棒１１２が一方に回転すると、図３の原理により、内部シリンダ１２０が下方ｄ１に下がり、脚部１５０がカプセル１４０の外側に回動（ａ１）して広がる（図６（ｂ）参照）。そして、ネジ棒１１２が一方にさらに回転すると、脚部１５０が臓器１０の内壁に突出して臓器１０の内壁を掴んでいるので、脚部１５０、内部シリンダ１２０、及び外部シリンダ１３０は臓器１０の内壁と共に停止した状態にあり、内部シリンダ１２０と駆動部１１０が近づく。すなわち、図６（ｂ）の状態から図６（ｄ）の状態となり、相対的にカプセル１４０が前進する。

最大限前進した図６（ｄ）の状態でネジ棒１１２が他方に回転すると、図４の原理により、内部シリンダ１２０が上方ｄ２に上がり、脚部１５０がカプセル１４０の内側に回動（ａ２）してカプセル１４０内に畳まれる。そして、ネジ棒１１２が他方にさらに回転すると、脚部１５０が臓器１０の内壁に接触していないので、カプセル１４０は臓器１０の内壁で停止した状態を維持し、駆動部１１０と内部シリンダ１２０間の距離が遠くなって図６（ｇ）の状態となる。すなわち、図６（ｇ）の状態は、図６（ａ）の状態と同一であるが、図６の図中の符号ｘだけカプセル１４０が前進した状態である。

図６（ａ）〜図６（ｇ）の過程が繰り返されることによって、本発明の一実施形態によるカプセル型マイクロロボットは前進する。

一方、本発明の一実施形態においては、駆動部が超小型モータ１１１とこれに連動して回転するネジ棒１１２とから構成されているが、ＰＺＴリニア超音波モータなどを利用した多様なリニアドライバを使用でき、内部シリンダ１２０と外部シリンダ１３０間の相対的な回転変位を抑制するために係合される溝１３５と突起１２３が形成されているが、この代わりに内部シリンダ１２０を長手方向に横切る固定されたガイド棒（図示せず）を形成することにより同じ効果を実現できる。

さらに、本発明は、一実施形態による前方にのみ移動可能なカプセル型マイクロロボット駆動システムと共に、他の実施形態による前方と後方の双方向に移動可能なカプセル型マイクロロボット駆動システムを提供する。

ただし、本発明の他の実施形態の説明においては、その要旨を明瞭にするために、本発明の一実施形態の構成と同一又は類似の部分については同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７に示すように、本発明の他の実施形態によるカプセル型マイクロロボット駆動システム１００’は、カプセルを移動させる駆動部１１０と、駆動部１１０により前記カプセルの長手方向に移動する内部シリンダ１２０’と、内部シリンダ１２０’を囲むように内部に中空部１３０ａが形成された外部シリンダ１３０’と、内部シリンダ１２０’及び外部シリンダ１３０’を囲むように形成されたカプセル１４０と、外部シリンダ１３０’に回動可能に固定され、内部シリンダ１２０’の移動方向に応じてカプセル１４０の内側に畳まれるか又はカプセル１４０の外側に広がる脚部１５０、１５０’と、カプセル１４０の頭部に半球状に形成されたカメラ１６０とを含む。

内部シリンダ１２０’は、駆動部１１０のネジ棒１１２に締結されるように中央貫通部にネジ山１２１’が形成され、その外周面の中央部に円周方向に沿って係止溝１２２’が凹入形成される。また、係止溝１２２’の両側に形成された突出部１２５’、１２６’は、１２０゜間隔で半径方向に突出した係止突出部１２５’を含み、これらの間１２６’は突出しない。このような構成により、交互に方向を変えて設置された脚部１５０、１５０’のいずれか一方の群は内部シリンダ１２０’の移動により係止突出部１２５’に干渉され、他方の群は内部シリンダ１２０’の移動により干渉されない。

外部シリンダ１３０’には、脚部１５０の一部が内部シリンダ１２０’の係止溝１２２内に収容されるように、凹溝１３１の内側の一部面が貫通した第１露出孔１３３ａが円周方向に沿って周期的に形成される。

ここで、方向を変えて設置された脚部１５０、１５０’のいずれか一方の群が係止突出部１２５’に干渉されるように、図８の拡大図に示す構成が追加される。すなわち、内部シリンダ１２０’の係止突出部１２５’のいずれかの外周面には、脚部１５０、１５０’間の間隔に該当する６０゜間隔で凹溝１２３ａ’、１２３ｂ’が形成され、外部シリンダ１３０’の内周面に形成された溝１３５’には、凹溝１２３ａ’、１２３ｂ’のいずれか一方に挿入されるように、「Ｔ」字状のピン１３７’と、形状記憶合金（Shape Memory Alloy；ＳＭＡ）で形成されてピン１３７’を駆動するアクチュエータ１３６’とが設置される。ここで、形状記憶合金で形成されたアクチュエータ１３６’には電流を供給できるように構成し、所定の電流が供給された状態では、アクチュエータ１３６’が縮んでピン１３７’の端部が凹溝１２３ａ’から抜け出し、このとき、駆動部１１０のモータを回転させることにより内部シリンダ１２０’と外部シリンダ１３０’間の相対回転運動を実現できる。次に、外部シリンダ１３０’が内部シリンダ１２０’に対して６０゜だけ回転すると、再び外部シリンダ１３０’に固定されたピン１３７’の端部が凹溝１２３ｂ’に挿入されて、内部シリンダ１２０’と外部シリンダ１３０’間の相対運動は抑制される。

カプセル１４０は、ロボットの胴部になる部分であり、臓器内を高速で移動できるように、移動時に臓器との摩擦を低減するための凝着防止剤が外面にコーティングされており、脚部１５０、１５０’が臓器の内壁に直接接触して密着した後に移動できるように、カプセル１４０の外周面には、脚部１５０を露出させるための第２露出孔１４１が長手方向に長く形成される。

脚部１５０は、図９に示すように、外周シリンダ１３０の外周に６０゜間隔で６つ設置され、１つずつ方向を変えて交互に設置される。

一方、図１４（ａ）に示すように、脚部１５０の端部は曲面で形成することが、臓器の内壁を損傷させないので好ましい。しかし、前進又は後進の推進力を維持するために、脚部１５０は剛体で形成することが好ましい。また、図１４（ｂ）に示すように、臓器の内壁をより堅固に掴むために、脚部１５０の端部に脚部１５０に対して円滑に曲げられる弾性体又はフレキシブルジョイント１５２を装着することがより好ましい。さらに、図１４（ｃ）に示すように、臓器の内壁に接触する脚部１５０の端部又はフレキシブルジョイント１５２に高い粘着力を有する粘着板１５３を貼り付けることもできる。ここで、粘着板１５３は、トカゲの足の裏に形成された繊毛と類似した構造で形成され、例えば、それぞれの繊毛は、直径ｄ約数百ｎｍ〜数μｍ、高さｈ約数μｍ〜数十μｍであり、マイクロパターン又はナノパターンに形成され、粘着板１５３の底面１５３ａは、可撓性材質で約０．５ｍｍの厚さに形成することができる。すなわち、繊毛の直径ｄと高さｈの比は、約１：１〜１：１００の範囲で用途によって適用できる。このような粘着板１５３については、米国特許公報第６，７３７，１６０Ｂ１号の「粘着性微細構造及びこれを形成する方法（Adhesive microstructure and method of forming same）」にその構成などが開示されている。

前述のように構成された本発明の他の実施形態１００’は、本発明の一実施形態１００と動作原理が類似している。より具体的に説明すると、図１０及び図１１に示すように、後方に曲がった脚部１５０群のみ内部シリンダ１２０’の係止突出部１２５’に干渉された状態で内部シリンダ１２０’が移動すると、前方に曲がった脚部１５０’群は、内部シリンダ１２０’の移動にもかかわらずカプセル１４０の外側に広がらないのに対し、後方に曲がった脚部１５０群は、内部シリンダ１２０’の係止突出部１２５’に干渉されるので、カプセル１４０の第２露出孔１４１から繰り返し広がったり畳まれたりして前進する。

使用目的や必要に応じて、カプセル型マイクロロボット駆動システム１００’を後進させようとする場合、外部シリンダ１３０’のアクチュエータ１３６’に所定の電流を供給して、形状記憶合金で形成されたアクチュエータ１３６’を収縮させると、アクチュエータ１３６’の端部に連結固定されたピン１３７’が内部シリンダ１２０’に形成された凹溝１２３ａ’から抜け出す。次に、駆動部１１０のモータを回転させると、内部シリンダ１２０’と外部シリンダ１３０’間の連動構造が解除されているので、内部シリンダ１２０’のみ外部シリンダ１３０’に対して相対的に回転移動する。モータの制御により駆動部１１０のモータを約６０゜だけ回転させると共に、アクチュエータ１３６’に供給する電流を遮断すると、ピン１３７’は６０゜だけ離隔して位置する他の凹溝１２３ｂ’に挿入されて、後方に向かう脚部１５０’群のみ内部シリンダ１２０’の係止突出部１２５’に干渉され、前方に向かう脚部１５０群はそれ以上内部シリンダ１２０’の係止突出部１２５’に干渉されない状態となる。すなわち、再び内部シリンダ１２０’と外部シリンダ１３０’が共に回転する連動構造となる。この状態で、駆動部１１０を駆動して内部シリンダ１２０’を移動させると、前述した一実施形態による原理と同様に、後方に移動する。従って、他の実施形態１００’により、所望に応じてカプセルの前進と後進を繰り返し動作させることができる。

一方、本発明の他の実施形態１００’においては、脚部１５０、１５０’が６つ形成されているが、必要に応じては、前記の数より多くの数に形成して臓器の内壁をより多くの脚部で掴んで移動するように構成することもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態を例に説明したが、本発明の範囲はこのような特定実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている範囲内で適切に変更可能である。

本発明は、粘着性を有する臓器内でも高速で移動できるカプセル型マイクロロボット駆動システムを提供する。

本発明の一実施形態によるカプセル型マイクロロボット駆動システムの構成を示す分解斜視図である。図１の移動部の拡大分解斜視図である。図１の移動メカニズムを示す側断面図である。図１の移動メカニズムを示す側断面図である。図１の分解されたカプセル型マイクロロボット駆動システムが組み立てられた状態を示すＶ−Ｖ線断面図である。図１の移動形態を示す概略図である。本発明の他の実施形態によるカプセル型マイクロロボット駆動システムの構成を示す分解斜視図である。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。図７の移動部の拡大分解斜視図である。カプセル型マイクロロボット駆動システムが前進する様子を示す側面図である。図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。カプセル型マイクロロボット駆動システムが後進する様子を示す側面図である。図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。図１２の脚部の形状を示す概略図である。

Claims

外周面に係止溝が形成された内部シリンダと、
前記内部シリンダを長手方向に移動させる駆動部と、
前記内部シリンダを囲むように内部に中空部が形成された外部シリンダと、
前記外部シリンダの外周面に長手方向に貫通形成された少なくとも１つの第１露出孔と、
前記外部シリンダに所定の範囲で回動可能にヒンジ固定され、回動により広がると前記第１露出孔から露出し、回動により畳まれると前記第１露出孔から露出しないように形成された少なくとも一つの脚部と、
前記外部シリンダを囲むように形成されたカプセルと、
前記第１露出孔と整列され、前記脚部が広がった状態で前記脚部が前記カプセルの外部に露出するように前記カプセルの長手方向に形成された少なくとも１つの第２露出孔とを含み、
少なくとも１つの脚部が、前進するときに畳まれ、後進するときに臓器の壁に接触するように広がり、
前記内部シリンダの移動方向に応じて、前記脚部と前記係止溝の干渉により前記脚部が畳まれるか又は広がることを特徴とするカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記脚部が屈曲部を有するように形成されることを特徴とする請求項１に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記脚部が複数であることを特徴とする請求項２に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記外部シリンダの外周面には円周方向に沿って一列にヒンジ溝が形成され、前記脚部の回転中心には回動中心孔が形成され、前記脚部の回動中心孔をワイヤが貫通し、前記ワイヤが前記ヒンジ溝に収納されることを特徴とする請求項３に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記外部シリンダの外周面に形成された少なくとも１つの回転防止溝と、
前記カプセルの内周面に前記回転防止溝と係合されるように形成された少なくとも１つの回転防止突起と
をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記脚部が屈曲部を有するように形成され、前記屈曲部を有する脚部が全て一方向に向かうように設置されることを特徴とする請求項５に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記内部シリンダは中央部に貫通形成された中空部を備え、
前記外部シリンダ内で前記内部シリンダの回転運動が防止されるように、前記内部シリンダの外周面には長手方向に少なくとも１つの凹溝が形成され、前記外部シリンダの内周面には前記凹溝と係合される突起が形成され、
前記駆動部は、
前記カプセルの後部に装着されたモータと、
前記モータの回転に連動して回転し、前記内部シリンダの中空部に締結されるネジ棒とを含むことを特徴とする請求項６に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記内部シリンダは中央部に貫通形成された中空部を備え、
前記外部シリンダ内で前記内部シリンダの回転運動が防止されるように、前記内部シリンダの外周面には突起が形成され、前記外部シリンダの内周面には前記突起と係合されるように長手方向に凹溝が形成され、
前記駆動部は、
前記カプセルの後部に装着されたモータと、
前記モータの回転に連動して回転し、前記内部シリンダの中空部に締結されるネジ棒とを含むことを特徴とする請求項６に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記内部シリンダに長手方向に貫通形成されたガイド孔と、
前記ガイド孔を貫通して固定されたガイド棒とをさらに含み、
前記駆動部は、
前記カプセルの後部に装着されたモータと、
前記モータの回転に連動して回転し、前記内部シリンダの中空部に締結されるネジ棒とを含むことを特徴とする請求項６に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記脚部は、
前記外部シリンダにヒンジ固定された屈曲部を有し、一方向に向かうように所定の範囲で回動できる第１脚部群と、
前記外部シリンダにヒンジ固定された屈曲部を有し、前記第１脚部群の回動方向と反対方向に向かうように所定の範囲で回動できる第２脚部群と
を含むことを特徴とする請求項５に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記脚部は、前記第１脚部群と前記第２脚部群とが交互に配列されることを特徴とする請求項１０に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記外部シリンダは、前記内部シリンダに対して所定の間隔だけ回転可能であり、
前記内部シリンダは、前記係止溝の両側に形成された係止突出部を有し、前記内部シリンダが所定の角度だけ回転すると、前記第１脚部群が前記係止突出部に干渉されると共に、前記第２脚部群が前記係止突出部間で干渉されないことによって、前記内部シリンダの移動により前記第１脚部群のみ畳まれたり広がったりし、
前記内部シリンダが前記所定の角度だけ逆に回転すると、前記第２脚部群が前記係止突出部に干渉されると共に、前記第１脚部群が前記係止突出部間で干渉されないことによって、前記内部シリンダの移動により前記第２脚部群のみ畳まれたり広がったりすることを特徴とする請求項１１に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記カプセルの頭部に装着されたカメラをさらに含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記カメラが半球状に形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記広がった脚部の端部に微細な複数の突起が形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記微細な突起が繊毛からなることを特徴とする請求項１５に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記脚部の端部にフレキシブルジョイントが形成されることを特徴とする請求項１６に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記カプセルが凝着防止剤でコーティングされることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記駆動部がＰＺＴリニアモータを含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記カプセルの内部と外部間の通信を可能にする通信機構をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記係止溝は、底面が平坦になるように垂直に凹んで形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記脚部の端部に摩擦力が大きくて柔らかい材質からなる粘着板が取り付けられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記粘着板の底面が可撓性材質からなり、その底面上に複数の突起が形成されることを特徴とする請求項２２に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記粘着板に複数の繊毛状突起が形成されることを特徴とする請求項２２に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。
前記突起の直径と高さの比が１：１〜１：１００であることを特徴とする請求項２４に記載のカプセル型マイクロロボット駆動システム。