KR100812650B1 - 크롤링 방식을 이용한 관탐사 마이크로 로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구동수단에 의해 발생된 선형 구동력을 사용하고 기구적인 구조를 통해 캡슐내부에 있는 다리가 작동하므로 한 방향으로 이동시킬 수 있는 캡슐형 마이크로 로봇의 구동 시스템에 관한 것으로, 머리부를 가지는 몸체; 상기 몸체 내부에 형성된 공간에서 직선운동을 하는 이동부재; 상기 몸체에 설치되어 상기 이동부재를 직선왕복으로 구동시키는 구동수단; 및 상기 이동부재에 일체로 설치되고, 상기 몸체의 상부와 하부에 각각 형성된 상부안내홀과 하부안내홀을 통해 양단부가 상기 몸체의 외부로 돌출되어 있는 복수의 다리를 포함하고, 상기 상부안내홀과 하부안내홀은 상기 다리가 상기 몸체의 머리부의 반대방향을 향하여 경사지도록 형성된다.
본 발명은 보다 간단하면서도 효율적인 구조를 이용하여 관내부의 검사 진단을 위한 관탐사 내시경에 적용되어 기존의 이동 기능이 없는 내시경에 비해 빠르고 넓은 범위의 검사가 가능할 수 있고 관 내의 청소에도 활용될 수 있다. 그리고 제작이 용이하고 비용 절감의 효과가 있으며 전체적인 크기의 소형화 측면에서도 장점이 있다.
관, 검사, 내시경, 로봇

Description

크롤링 방식을 이용한 관탐사 마이크로 로봇{Probe Micro-robot through a Pipe using crawling manner}
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 관탐사 마이크로 로봇의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예2에 따른 관탐사 마이크로 로봇의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예3에 따른 관탐사 마이크로 로봇의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예4에 따른 관탐사 마이크로 로봇의 단면도이다.
도 5는 도 1의 실시예1의 관탐사 마이크로 로봇의 작동모습을 순차적으로 도시한 것이다.
도 6은 도 1의 실시예1의 관탐사 마이크로 로봇을 수개 연결한 관탐사 시스템의 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 급수관 20: 조향수단
100: 관탐사 마이크로 로봇 110: 몸체
111: 하부안내홀 112:상부안내홀
113: 공간 120: 머리부
130: 꼬리부 131: 구동모터
132: 전원 133: 제어부
140: 스크류 150: 이동부재
160: 다리 200: 관탐사 마이크로 로봇
210: 몸체 211: 하부안내홀
212:상부안내홀 213: 공간
220: 머리부 230: 꼬리부
231: 압전모터 232: 전원
233: 제어부 240: 샤프트
250: 이동부재 260: 다리
300: 관탐사 마이크로 로봇 310: 몸체
311: 하부안내홀 312:상부안내홀
313: 공간 320: 머리부
330: 꼬리부 331: 전자석
332: 전원 333: 제어부
340: 안내축 350: 이동부재
360: 다리 370: 스프링
400: 관탐사 마이크로 로봇 410: 몸체
411: 하부안내홀 412:상부안내홀
413: 공간 420: 머리부
430: 꼬리부 431: 구동모터
432: 전원 433: 제어부
440: 스크류 450: 이동부재
460: 다리 461: 밀착부재
본 발명은 관탐사 마이크로 로봇 구동시스템에 관한 것으로, 특히 구동수단에 의해 발생된 선형 구동력을 사용하고 기구적인 구조를 통해 캡슐내부에 있는 다리가 작동하므로 한 방향으로 이동시킬 수 있는 캡슐형 마이크로 로봇의 구동 시스템에 관한 것이다.
관탐사 마이크로 로봇이란 관 내부를 촬영할 수 있는 초소형 카메라를 비롯해 부식부위을 떼어내는 핀셋, 외부에 관 내부 영상을 보낼 수 있는 통신장비, 기타 진단을 위한 장비 등 최첨단 장비가 장착되어 배관공이 관내 부식을 관찰하는 것과 같이 부식이 있는 부위를 검사하는 등 그 상태를 알아낼 수 있는 마이크로 로봇을 말한다.
이러한 마이크로 로봇을 개발하면 소형관등의 탐사시 내시경 촬영뿐만 아니라 간단한 청소, 코팅 등이 가능하다.
그런데 종래의 관탐사용 마이크로 로봇에 대한 기술 및 개발 현황은 아직까 지 상용화된 상태에 이른 것이 없으며 대부분의 연구가 진행되고 있는 상황이다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 구조적으로 캡슐 형태의 원통형의 외관을 가지고 있어 관내부와의 마찰이 작게 설계되어 있으며, 캡슐의 앞뒤에 존재하는 다수의 다리들이 이동할 때 번갈아서 돌출되어 관의 벽면을 항상 지지하며 이동하는 구조를 가지는 관탐사 마이크로 로봇을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 머리부를 가지는 몸체; 상기 몸체 내부에 형성된 공간에서 직선운동을 하는 이동부재; 상기 몸체에 설치되어 상기 이동부재를 직선왕복으로 구동시키는 구동수단; 및 상기 이동부재에 일체로 설치되고, 상기 몸체의 상부와 하부에 각각 형성된 상부안내홀과 하부안내홀을 통해 양단부가 상기 몸체의 외부로 돌출되어 있는 복수의 다리를 포함하고, 상기 상부안내홀과 하부안내홀은 상기 다리가 상기 몸체의 머리부의 반대방향을 향하여 경사지도록 형성되는 관탐사 마이크로 로봇이다.
상기 머리부는 반구형이고, 상기 몸체는 원통형을 가지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 구동수단은 상기 몸체에 설치되어 정역방향으로 회전하는 구동모 터; 및 상기 구동모터로 회전되는 스크류를 포함하고, 상기 이동부재에 형성된 나사홈이 상기 스크류와 나합하여, 상기 이동부재가 왕복운동하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 구동수단은 상기 몸체에 설치되어 직선왕복의 진동을 발생하는 선형압전모터; 및 상기 선형압전모터에 일체로 설치된 샤프트를 포함하고, 상기 이동부재에 형성된 끼움홈이 상기 샤프트와 마찰결합하여, 상기 선형압전모터의 일정한 파형의 진동에 따른 마찰력에 의해 상기 이동부재가 왕복운동하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 구동수단은 상기 몸체에 설치되어 자력을 발생시키는 전자석; 상기 몸체 중심부에 설치되는 안내축; 및 상기 이동부재를 중심으로 상기 전자석과 반대방향에서 상기 이동부재에 복원력을 부여하는 스프링을 포함하고, 상기 이동부재에 형성된 끼움홈이 상기 안내축을 따라 움직이고, 상기 전자석의 자력에 의한 인력과 상기 스프링의 복원력에 의해 상기 이동부재가 왕복운동하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 다리는 관의 내측 직경의 변화에 유연하게 적응할 수 있는 탄성재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 다리의 단부에는 관의 내벽과의 밀착을 위한 밀착부재가 일체로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 밀착부재는 고분자재료로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또 다른 발명은, 상기 관탐사 마이크로 로봇을 다수개 연결하여 추진력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 관탐사 시스템이다.
상기 관탐사 마이크로 로봇의 연결에는 조향수단을 이용하여 곡관에서 이동이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 관탐사 마이크로 로봇(100)의 단면도이다.
상기 관탐사 마이크로 로봇(100)의 몸체(110)는 대략 원통형이고, 머리부(120)와 꼬리부(130)를 가지며, 그 내부에는 하기(下記)하는 이동부재(150)가 이동할 수 있는 공간(113)이 형성된다.
상기 머리부(120)는 대략 반구형이어서, 상기 관탐사 마이크로 로봇(100)이 상기 머리부(120) 측으로 진행이 용이하게 한다.
따라서, 상기 관탐사 마이크로 로봇(100)은 전체적으로 캡슐형태를 이루어서, 관체의 내벽과의 마찰을 줄일 수 있다.
또, 상기 머리부(120) 및 몸체(110)는 미끄럼코팅(Anti-Adhesion Coating)을 행하여 관체의 내벽과의 마찰력을 줄일 수 있다.
상기 꼬리부(130)에는 상기 이동부재(150)를 직선왕복운동시키는 구동수단이 설치된다.
상기 구동수단은 구동모터(131)와 상기 구동모터(131)에 일체로 연결되어 회전되는 스크류(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 스크류(140)는 상기 공간(113) 내까지 연장되어, 상기 공간(113) 내에서 자전한다.
그리고, 상기 이동부재(150)에는 상기 스크류(140)의 표면에 형성된 나사선에 대응하는 나사선이 형성되어, 상기 스크류(140)를 타고 직선운동을 할 수 있다.
상기 구동모터(131)는 상기 꼬리부(130)에 설치된 전원(132)으로부터 전기를 공급받으며, 상기 꼬리부(130)에 설치된 제어부(133)에 의해 제어된다.
상기 이동부재(150)에는 복수의 다리(160)가 일체로 연결된다.
상기 다리(160)는 탄성이 좋은 재료로 관체(미도시)의 내벽을 밀어붙이며, 상기 관탐사 마이크로 로봇(100)을 추진시키는 역할을 한다.
따라서, 상기 다리(160)는 상기 이동부재(150)의 원주방향을 따라 다수개 설치되므로, 상기 몸체(110)로부터 방사형으로 돌출되게 된다.
상기 다리(160)는 상기 몸체(110)의 상하부에 각각 형성된 상부안내홀(112)과 하부안내홀(111)을 통해 외부로 노출된다.
상기 상부안내홀(112)과 상기 하부안내홀(111)은 상기 다리(160)의 단부가 상기 관탐사 마이크로 로봇(100)의 꼬리부(130) 측으로 경사지게 설치된다.
즉, 도 1의 실시예1에서는, 우측으로 45도 경사져 설치되어 있다.
따라서, 상기 이동부재(150)의 이동에 따라 상기 다리(160)는 상기 상부안내 홀(112)과 상기 하부안내홀(111)을 교호적으로 길게 노출되게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예2에 따른 관탐사 마이크로 로봇(200)의 단면도이다.
실시예2는 실시예1과 구동수단이 상이하다.
상기 실시예2의 구동수단은 압전모터(230)과, 상기 압전모터(230)에 일체로 연결된 샤프트(240)를 포함하여 이루어진다.
상기 샤프트(240)는 표면이 매끄러운 봉상으로써, 이동부재(250)의 내부에도 상기 샤프트(240)의 외주면과 맞닿을 수 있는 홀이 형성되고, 상기 홀과 상기 샤프트(240)의 외주면이 면접촉하게 된다.
따라서, 상기 압전모터(230)에 의해 일정한 파형의 진동에 따라 상기 이동부재(250)는 상기 샤프트(240)를 타고 직선왕복할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예3에 따른 관탐사 마이크로 로봇(300)의 단면도이다.
실시예3은 실시예1과 구동수단이 상이하다.
상기 실시예3의 구동수단은 전자석(330)과, 몸체(310)의 공간(313) 내에 설치된 안내축(240)과, 상기 전자석(330)과 대향되는 위치에 설치되어, 이동부재(350)에 복원력을 부여하는 스프링(370)을 포함하여 이루어진다.
상기 전자석(330)에 전기를 공급하여 자화시키는 것에 의해 상기 이동부재(350)와 상기 전자석(330) 간의 인력을 발생시키고, 이 인력에 의해 상기 이동부재(350)를 일방향으로 움직이게 할 수 있다.
그리고, 상기 전자석(330)에 전기공급을 중단하면, 상기 전자석(330)은 자화를 잃어버리게 되고, 이 때 상기 스프링(370)의 복원력에 의해 상기 이동부재(350) 는 타방향으로 움직이게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예4에 따른 관탐사 마이크로 로봇(400)의 단면도이다.
실시예4는 실시예1과 달리 다리(460)의 단부에 밀착부재(461)를 더 포함시켜, 상기 다리(460)와 관체(도시생략) 내벽면과의 미끄러짐을 방지하여, 상기 관탐사 마이크로 로봇(400)의 추진을 용이하게 하도록 하였다.
상기 밀착부재(461)로는 고무 등이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 작동모습을 상세히 설명한다.
도 5는 도 1의 실시예1의 관탐사 마이크로 로봇(100)의 작동모습을 순차적으로 도시한 것이다.
실시예1의 관탐사 마이크로 로봇(100)은 도 4와 같은 기구운동에 의해 움직이게 된다.
즉, 초기상태 (1)과 같이 상기 상부안내홀(111) 측의 노출된 다리(160)는 상기 관탐사 마이크로 로봇(100)의 몸체(110)의 내부에 최대한 들어가 있는 상태이다.
이 때, 상기 구동수단에 의해 상기 이동부재(150)가 좌측으로 움직이기 시작하여, 계속적으로 상기 이동부재(150)가 움직임에 따라 순차적으로 (2)(3)(4)(5)와 같이 상기 상부안내홀(112) 측의 다리(160)의 노출량이 늘어나게 되고, 반대로 상기 하부안내홀(111) 측의 다리(160)의 노출량이 줄어들게 된다.
이 때, 상기 관탐사 마이크로 로봇(100)은 상기 이동부재(150)가 좌측 한계 (스트로크)까지 이동하며 (5)와 같이 좌측으로 전진하게 된다.
즉, 상기 상부안내홀(112) 측의 노출된 다리(160)가 관체의 내벽을 잡고 뒤로 밀어내는 것의 반작용에 의해 상기 관탐사 마이크로 로봇(100)이 전진하게 되는 것이다.
그리고, 다시 상기 구동수단에 의해 상기 이동부재(150)가 우측으로 움직이면, 상기의 순서와는 역으로 순차적으로 (6)(7)(8)(1)과 같이 상기 하부안내홀(111) 측의 다리(160)의 노출량이 늘어나고, 상기 상부안내홀(112) 측의 다리(160)의 노출량이 줄어들게 된다.
이 때도 역시 상기 하부안내홀(111) 측의 노출된 다리(160)가 관체의 내벽을 잡고 뒤로 밀어내는 것의 반작용에 의해 상기 관탐사 마이크로 로봇(100)이 전진하게 되는 것이다.
상기의 과정을 반복하면서 관탐사 마이크로 로봇은 한 방향으로 이동이 가능하게 된다.
그리고, 상기와 같은 관탐사 마이크로 로봇(100,200,300,400)을 다수개 연결하여 추진력을 증가시킬 수 있다.
이 때, 상기 관탐사 마이크로 로봇(100,200,300,400)의 연결은 와이어를 통해 연결하거나, 조향수단으로 연결하여 곡관을 가지는 급수관(10)에서 이동이 가능하도록 한다.
상기 조향수단(20)으로는 스프링이 사용될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 보다 간단하면서도 효율적인 구조를 이용하여 관내부의 검사 진단을 위한 관탐사 내시경에 적용되어 기존의 이동 기능이 없는 내시경에 비해 빠르고 넓은 범위의 검사가 가능할 수 있다.
그리고 제작이 용이하고 비용 절감의 효과가 있으며 전체적인 크기의 소형화 측면에서도 장점이 있다.
본 발명에 따른 마이크로 로봇은 위에서 설명한 관탐사의 용도뿐만 아니라 그 밖의 인체내시경 또는 거친 환경에서 이동할 수 있는 이동장치로서도 활용될 수 있다.
부가적으로 다수의 다리가 관체의 벽을 잡아 밀착되어 있는 상태에서 고정되어 다른 유용한 작업, 예를 들어 관내의 청소에도 활용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 머리부를 가지는 몸체;
    상기 몸체 내부에 형성된 공간에서 직선운동을 하는 이동부재;
    상기 몸체에 설치되어 상기 이동부재를 직선왕복으로 구동시키는 구동수단; 및
    상기 이동부재에 일체로 설치되고, 상기 몸체의 상부와 하부에 각각 형성된 상부안내홀과 하부안내홀을 통해 양단부가 상기 몸체의 외부로 돌출되어 있는 복수의 다리를 포함하고,
    상기 상부안내홀과 하부안내홀은 상기 다리가 상기 몸체의 머리부의 반대방향을 향하여 경사지도록 형성되며,
    상기 구동수단은, 상기 몸체에 설치되어 정역방향으로 회전하는 구동모터; 및 상기 구동모터로 회전되는 스크류를 포함하고, 상기 이동부재에 형성된 나사홈이 상기 스크류와 나합하여, 상기 이동부재가 왕복운동하는 것을 특징으로 하는 관탐사 마이크로 로봇.
  4. 머리부를 가지는 몸체;
    상기 몸체 내부에 형성된 공간에서 직선운동을 하는 이동부재;
    상기 몸체에 설치되어 상기 이동부재를 직선왕복으로 구동시키는 구동수단; 및
    상기 이동부재에 일체로 설치되고, 상기 몸체의 상부와 하부에 각각 형성된 상부안내홀과 하부안내홀을 통해 양단부가 상기 몸체의 외부로 돌출되어 있는 복수의 다리를 포함하고,
    상기 상부안내홀과 하부안내홀은 상기 다리가 상기 몸체의 머리부의 반대방향을 향하여 경사지도록 형성되며,
    상기 구동수단은, 상기 몸체에 설치되어 직선왕복의 진동을 발생하는 선형압전모터; 및 상기 선형압전모터에 일체로 설치된 샤프트를 포함하고, 상기 이동부재에 형성된 끼움홈이 상기 샤프트와 마찰결합하여, 상기 선형압전모터의 일정한 파형의 진동에 따른 마찰력에 의해 상기 이동부재가 왕복운동하는 것을 특징으로 하는 관탐사 마이크로 로봇.
  5. 머리부를 가지는 몸체;
    상기 몸체 내부에 형성된 공간에서 직선운동을 하는 이동부재;
    상기 몸체에 설치되어 상기 이동부재를 직선왕복으로 구동시키는 구동수단; 및
    상기 이동부재에 일체로 설치되고, 상기 몸체의 상부와 하부에 각각 형성된 상부안내홀과 하부안내홀을 통해 양단부가 상기 몸체의 외부로 돌출되어 있는 복수의 다리를 포함하고,
    상기 상부안내홀과 하부안내홀은 상기 다리가 상기 몸체의 머리부의 반대방향을 향하여 경사지도록 형성되며,
    상기 구동수단은, 상기 몸체에 설치되어 자력을 발생시키는 전자석; 상기 몸체 중심부에 설치되는 안내축; 및 상기 이동부재를 중심으로 상기 전자석과 반대방향에서 상기 이동부재에 복원력을 부여하는 스프링을 포함하고, 상기 이동부재에 형성된 끼움홈이 상기 안내축을 따라 움직이고, 상기 전자석의 자력에 의한 인력과 상기 스프링의 복원력에 의해 상기 이동부재가 왕복운동하는 것을 특징으로 하는 관탐사 마이크로 로봇.
  6. 제3항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 다리는 관의 내측 직경의 변화에 유연하게 적응할 수 있는 탄성재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관탐사 마이크로 로봇.
  7. 제3항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 다리의 단부에는 관의 내벽과의 밀착을 위한 밀착부재가 일체로 설치되는 것을 특징으로 하는 관탐사 마이크로 로봇.
  8. 제7항에 있어서, 상기 밀착부재는 고분자재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 관탐사 마이크로 로봇.
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