KR100996487B1

KR100996487B1 - 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇 및 그구동방법

Info

Publication number: KR100996487B1
Application number: KR1020080110899A
Authority: KR
Inventors: 김대은; 김영태
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-11-24
Also published as: KR20100052040A

Abstract

본 발명은 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법에 관한 것으로, 전방이동체(10); 상기 전방이동체(10) 후방에 이격설치되며, 모터(21)가 장착되는 모터조립체(20); 상기 모터(21)에 연동회전되며 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 신축조정하도록 상기 전방이동체(10)와 모터(21)의 회전축에 전, 후 양단부가 결합되는 스크류조립체(30); 유연하게 신축 및 굴곡가능한 연질소재로 구성되고, 상기 스크류조립체(30)를 내부에 수용하며 전, 후단부가 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)에 각각 결합되는 튜브연결체(40); 및 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)의 표면 둘레에 결합되며, 상기 모터조립체(20)와 전방이동체(10)의 전방이동을 가이드하면서도 후방이동의 걸림턱을 제공하도록 반경방향으로의 외측단부가 보다 후방에 위치되게 경사진 형상을 가지는 경사돌기(50);를 포함하여 구성되는 것을 기술적 요지로 하여, 장기 내벽과 안정되게 접촉된 상태를 유지하면서 장기 내벽의 형상에 맞추어 진행방향 및 속도를 원활하고 신뢰성있게 전환, 제어가능하며, 간단한 구조로 용이하게 구현가능하여 소형, 경량 및 저렴한 단가로 제작, 적용가능한 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법에 관한 것이다.

내시경 로봇, 생체내 이동형 시스템, 마이크로 로봇, 신축성 피부, 돌기

Description

신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법{in-vivo moving robot having movement by extension and contraction motion and propulsion method thereof}

본 발명은 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전, 후단부간의 이격거리의 신축조정에 의해 생체 내벽이나 기타 점탄성체의 표면과 접촉된 상태에서 전방으로 이동하게 되는 매커니즘을 가지는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법에 관한 것이다.

생체내 이동형 의료기기는 구강, 위장, 소장, 대장의 검사를 위해 식도를 통해 삽입되어 사용되는 캡슐형 내시경과, 항문으로 삽입되는 내시경 로봇이 있으며, 현재 상용화되어 있는 캡슐형 내시경의 경우, 일반 알약과 같이 구강을 통해 복용되며 자연스러운 소화과정을 통해 인체 내의 모든 소화기관을 거쳐 체외로의 배출이 이루어지게 된다.

이러한 과정을 거치는 동안 캡슐형 내시경은 장기 내부를 촬영한 영상 데이터를 체외의 데이터 저장장치로 전송하게 되어, 의료진은 내시경이 수행되는 동안 실시간으로 소화기관의 내부를 관찰할 수 있으며, 내시경 이후에는 저장된 영상 데이터를 이용하여 보다 면밀한 진단을 수행할 수 있다.

그러나, 이러한 캡슐 내시경은 체내로 투입되어 체외로 배출되는데 약 8 내지 12시간 가량이 소요되어 환자와 의료진에게 큰 번거로움이 발생하게 되며, 캡슐형 내시경이 이미 지나쳐 버린 부분은 다시 촬영할 수 없어 비효율적이라는 단점이 있었다.

이러한 단점을 해결하기 위한 종래기술로서, 한국공개특허 제2005-73166호의 내시경 장치, 한국특허등록 제839546호의 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템을 포함한 다수가 개시되어 있으며, 이러한 종래기술들은 전, 후단부간의 이격거리의 신축조정에 의해 전방으로 이동하게 되는 작동구조를 구현하고 있다.

한국공개특허 제2005-73166호의 내시경 장치의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1본체부(110)와 제2본체부(150)를 스크류(164)로 연결하여 상기 스크류(164)의 신장이동 변위에 비례하여 제1본체부(110)를 전진시킨 후 상기 스크류(164)의 축소이동 변위에 비례하여 제2본체부(150)를 당겨 함께 전진시키고 있다.

그러나, 제1본체부(110)의 전진과, 제2본체부(150)의 전진을 교대로 시행하기 위해서는 제1고정다리(118)와 제2고정다리(160)를 교대로 인출조정하는 과정을 추가로 거쳐야 함에 따라 신속한 검사가 어려우며, 상기 제1본체부(110)와 제2본체부(150)의 측면에 해당되는 협소한 면적으로 장기 내벽과의 접촉이 이루어지게 되 어 신축유동하는 장기 내벽부와 명확하게 접촉된 상태로 진행이 이루어지기 어렵고, 상기 제1본체부(110)와 제2본체부(150) 사이에 장기가 끼여 손상될 수 있다는 문제점이 있다.

한국특허등록 제839546호의 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 벨로우즈(20)와 전, 후방고정부(10, 30)에 정압 또는 부압의 공압을 전달하여 로봇의 이동을 제어하는 공압라인(50)과 관 내벽에 지지되기 위하여 정압 또는 부압의 공압에 따라 펼쳐지거나 접어지는 다수의 다리(14, 34)를 구비한 구조를 가진다.

그러나, 상기 공압라인(50)이 반복하여 굴곡된 형상을 가지는 장기를 따라 연속하여 연장되면서 굴곡되거나 꼬이게 되고, 그 굴곡상태나 꼬임의 정도에 따라 공압의 전달, 조정이 신뢰성있게 이루어지기 어려워 상기 벨로우즈(20)가 파손되거나 진행속도가 저하되는 경우가 빈번하게 발생되며, 케이스(11, 31), 피스톤(12, 32), 실린더(13, 33)를 포함한 다수의 소형부품 전반에 걸쳐 기밀성능을 유지가능할 정도의 정밀도를 구현하여야 한다는 어려움이 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 장기 내벽과 안정되게 접촉된 상태를 유지하면서 장기 내벽의 형상에 맞추어 진행방향 및 속도를 원활하고 신뢰성있게 전환, 제어가능하며, 간단한 구조로 용이하게 구현가능하여 소형, 경량 및 저렴한 단가로 제작, 적용가능한 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 전방이동체(10); 상기 전방이동체(10) 후방에 이격설치되며, 모터(21)가 장착되는 모터조립체(20); 상기 모터(21)에 연동회전되며 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 신축조정하도록 상기 전방이동체(10)와 모터(21)의 회전축에 전, 후 양단부가 결합되는 스크류조립체(30); 유연하게 신축 및 굴곡가능한 연질소재로 구성되고, 상기 스크류조립체(30)를 내부에 수용하며 전, 후단부가 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)에 각각 결합되는 튜브연결체(40); 및 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)의 표면 둘레에 결합되며, 상기 모터조립체(20)와 전방이동체(10)의 전방이동을 가이드하면서도 후방이동의 걸림턱을 제공하도록 반경방향으로의 외측단부가 보다 후방에 위치되게 경사진 형상을 가지는 경사돌기(50);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇을 기술적 요지 로 한다.

여기서, 상기 전방이동체(10)는, 전방단부에 카메라 모듈(미도시)이 장착되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 모터조립체(20)는, 후방단부에 생체 외부 취출용 와이어(60)가 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스크류조립체(30)는, 표면 둘레에 나선형 돌기가 전후방으로 연속형성되며, 후단부가 상기 모터(21)의 회전축에 결합되는 리드스크류(31); 및 상기 리드스크류(31)의 나선형 돌기 사이에 형성되는 나선형 홈에 끼워져 상기 나선형 돌기를 가이드하게 되는 키, 또는 상기 리드스크류(31)의 나선형 돌기에 대응되는 형상의 나선형 홈을 내면에 구비하여 상기 리드스크류(31)에 계합되며, 전단부가 상기 전방이동체(10)에 결합되어 상기 리드스크류(31)의 회전수 및 회전방향에 비례하여 전, 후방으로의 이동변위를 가지는 스크류가이드(32);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 스크류조립체(30)는, 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성되어 상기 전방이동체(10)와의 연결부, 또는 모터조립체(20)와의 연결부, 또는 전방이동체(10) 및 모터조립체(20)와의 연결부 양측에 설치되는 연질연결체(33);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스크류조립체(30)는, 전체가 실리콘과 같이 유연하게 굴곡가능한 연질소재로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 경사돌기(50)는, 외측단부가 보다 후방에 위치되도록 경사지게 결합되는 다수의 섬유나 필라멘트로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 경사돌기(50)는, 외측단부가 보다 후방에 위치되도록 경사진 쐐기형 단면형상을 가지며, 고무소재나 실리콘과 같이 굴곡변형 및 복원가능한 연질소재로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 경사돌기(50)는, 상기 튜브연결체(40)의 표면 둘레에도 반경방향으로의 외측단부가 보다 후방에 위치되게 경사진 형상을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 튜브연결체(40)의 신축변형에 의해 상기 튜브연결체(40) 내외측간에 설정한도를 초과하는 압력차가 발생되지 않도록 상기 전방이동체(10), 또는 모터조립체(20), 또는 전방이동체(10)와 모터조립체(20) 양측에 상기 튜브연결체(40)의 내부공간과 연통되게 개방형성되는 통기로(45);를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 모터조립체(20) 후방과 상기 전방이동체(10) 전방간에 설정한도를 초과하는 장기 내 압력차가 발생되지 않도록 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)에 상기 튜브연결체(40)의 내부공간과 연통되게 개방형성되는 통기로(45);를 더 포함하여 구성되는 것도 바람직하다.

또한, 상기 통기로(45)는, 장기 내 이물질의 투입을 방지하는 필터(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은, 전, 후방에 이격설치된 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 확장조정하면, 상기 전방이동체(10)의 표면 둘레에 형성된 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 감소되고, 상기 모터조립체(20)의 표면 둘레에 형성된 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 증가되며, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 축소조정하면, 상기 전방이동체(10)의 표면 둘레에 형성된 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 증가되고, 상기 모터조립체(20)의 표면 둘레에 형성된 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 저하되어, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 신축조정하면서 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)를 순차적으로 전방 이동시키는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 구동방법을 다른 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 전방이동체(10)와 상기 모터조립체(20)에 장착된 모터(21)의 회전축에 전, 후 양단부가 결합된 스크류조립체(30)를 회전조정하며 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 신축조정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 상호간의 이격거리 신축조정에 의해 생체 장기 내부에서 전방으로 이동하게 되는 전방이동체(10), 모터조립체(20)와, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)에 전, 후단부가 각각 결합되어 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20) 사이에서 생체 장기와 접촉되는 연질의 접촉면을 제공하게 되는 튜브연결체(40)와, 상기 튜브연결체(40)의 밀폐된 내부공간과 연통되게 개방형성된 통기로(45)에 의해, 상기 튜브연결체(40)를 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 상대변위와 장기의 내벽 형상에 따라 자유롭게 신축변형시키면서도 상기 튜브연결체(40) 내부와 생체 장기 내부가 설정한도 이하의 압력차를 유지하면서 상기 전방 이동체(10)와 모터조립체(20)의 전방 이동이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 구동방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.

그리고, 상기 통기로(45)는, 생체 장기 내에서 상기 모터조립체(20) 후방과 상기 전방이동체(10) 전방간에도 설정한도를 초과하는 압력차가 발생되지 않도록 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20) 양측에 개방형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명은, 상호간의 이격거리 신축조정에 의해 생체 장기 내부에서 전방으로 이동하게 되는 전방이동체와 모터조립체의 외면부를 연질소재로 구성된 튜브연결체로 연결하여, 전방이동체의 전방단부에서 튜브연결체를 거쳐 모터조립체의 후방단부까지 매끄럽고 유연하게 연속되는 표면을 제공하게 됨에 따라 점탄성체인 장기 내벽상에 안정되게 접촉, 지지된 상태를 유지하면서 직진 이동변위 및 속도를 명확하게 형성할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 전방이동체와 모터조립체를 포함한 표면 둘레에 전협후광의 형상을 가지도록 경사돌기를 형성하여, 전방이동체나 모터조립체가 전방으로 이동되는 경우에는 장기 내벽과의 마찰력이 최소화되어 원활한 진행이 이루어질 수 있으면서도 후방으로의 이동가압력이 작용되는 경우에는 장기 내벽과의 마찰력이 자연히 증가하게 되어, 전방이동체와 모터조립체간의 이격거리의 신축조정에 따른 전방 이동 매커니즘을 안정적으로 구현할 수 있다는 다른 효과가 있다.

이에 따라, 장기 내벽과 안정되게 접촉된 상태를 유지하면서 장기 내벽의 형상에 맞추어 진행방향 및 속도를 원활하고 신뢰성있게 전환, 제어할 수 있으며, 스크류와 모터를 구비하는 정도의 간단한 구조로 엄격한 가공정밀도에 구애되지 않고 용이하게 구현가능하여 소형, 경량 및 저렴한 단가로 제작, 적용가능하다는 다른 효과가 있다.

그리고, 튜브연결체, 경사돌기와 같은 유연한 재질특성을 가지는 표면 구조물들이 장기 내벽에 접촉된 상태로, 최소한의 마찰과 접촉압력에 의해 장기 내벽상에서 추진력을 생성하게 되므로, 생체 표면과의 무리한 접촉 및 이에 따른 손상을 최소화할 수 있다는 다른 효과가 있다.

또한, 튜브연결체의 밀폐된 내부공간과 연통되도록, 전방이동체, 또는 모터조립체, 또는 전방이동체와 모터조립체 양측에 통기로가 개방형성되어, 튜브연결체 내, 외측간의 압력차와 생체 장기 내에서의 전후방간의 압력차가 설정한도를 초과하게 되어 장기에 무리한 압력이 작용하게 되거나 로봇이 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 통기로에 필터를 구비함으로서 장기 내 이물질로 인해 오염되어 고장, 오작동되는 것을 방지할 수 있다는 다른 효과가 있다.

그리고, 전방이동체와 모터조립체를 연결하는 스크류조립체의 일부 또는 전부를 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성하여, 생체 내벽의 굴곡형상에 적응하여 스크류조립체가 자연히 굴곡되면서 생체 내벽의 형상에 맞추어 방향의 전환이 자동으로 이루어지게 되어 보다 향상된 추진효율을 확보할 수 있다는 다른 효과가 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법을 다음의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 제1실시예를 도시한 요부투시측면도이고, 도 4, 5는 각각 본 발명에 따른 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 제2, 3실시예를 도시한 요부투시측면도이며, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 생체내 이동형 로봇의 신축 구동에 따른 이동원리를 설명하고자 도시한 요부투시측면도이다.

본 발명에 따른 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇은, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 크게 전방이동체(10), 모터조립체(20), 스크류조립체(30), 튜브연결체(40), 경사돌기(50)로 이루어지며, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)가 상기 스크류조립체(30)의 전, 후방에 연결되어 상기 스크류조립체(30)의 회전에 의해 상호간의 이격거리가 신축조정되고, 연질소재로 구성된 상기 튜브연결체(40)가 상기 스크류조립체(30)를 내부에 수용하면서 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)에 연결되며, 상기 경사돌기(50)가 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)의 표면에 돌출형성된 구조를 가진다.

상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)는, 상기 스크류조립체(30)와 튜브연 결체(40)를 기준으로 전, 후방에 각각 연결설치되어 상기 스크류조립체(30)의 회전조정에 의해 상호 이격되거나 인접되게 이동이 이루어지게 되며, 상기 전방이동체(10)의 전방단부에는 생체 장기의 내부를 촬영할 수 있는 카메라 모듈(미도시)이 장착된다.

상기 모터조립체(20)에는 상기 스크류조립체(30)에 회전력을 제공하는 모터(21)가 장착되고, 상기 모터(21)에 동력을 제공하는 배터리(미도시)가 선택적으로 장착되며, 본 발명을 생체 내에 삽입하여 필요한 내시경 검사를 완료한 후 본 발명을 생체 외부로 신속하게 강제인출하기 위한 생체 외부 취출용 와이어(60)나, 상기 모터(1)에 생체 외부에서 전력을 공급하는 전력공급수단인 와이어(60)가 상기 모터조립체(20)의 후방단부에 연결설치되는 것이 바람직하다.

상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)는, 상기 카메라 모듈과 모터(21)를 각각 장착가능한 설치면, 생체 장기 내벽과 접촉가능한 접촉면, 상기 스크류조립체(30)를 연결가능한 접촉면을 제공한다면 특정한 구조와 형상, 재질로 한정되지 않으며, 장기 내벽과의 마찰을 최소화시킬 수 있도록 유선형 내지 라운딩처리된 표면형상을 가지는 것이 바람직하다.

상기 스크류조립체(30)는, 상기 전방이동체(10)와 모터(21)의 회전축에 전, 후 양단부가 결합되어, 상기 모터(21)에 연동회전되며 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 신축조정하는 구성요소로, 본 발명의 제 1, 3실시예서 상기 스크류조립체(30)는, 도 3, 5에 도시된 바와 같이, 리드스크류(31)와 스크류가이드(32)로 이루어진 구조를 가진다.

상기 리드스크류(31)는 표면 둘레에 나선형 돌기가 전후방으로 연속형성된 형상으로 상기 모터(21)의 회전축에 후단부가 결합되며, 상기 스크류가이드(32)는 상기 리드스크류(31)의 나선형 돌기 사이에 형성되는 나선형 홈에 끼워져 상기 나선형 돌기를 가이드하게 되는 키, 또는 상기 리드스크류(31)의 나선형 돌기에 대응되는 형상의 나선형 홈이 내면에 형성된 형상으로 상기 리드스크류(31)에 계합되고, 전단부가 상기 전방이동체(10)에 결합되어, 상기 리드스크류(31)의 회전수 및 회전방향에 비례하여 전, 후방으로의 이동변위를 가지게 된다.

상기 스크류조립체(30)의 일부 또는 전부를 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성하면, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 상대변위에 따라 장기 내벽의 굴곡형상에 적응하여 자연히 굴곡되면서 생체 장기 내벽의 형상에 맞추어 방향의 전환이 자동으로 이루어질 수 있어, 보다 향상된 추진효율을 확보할 수 있고, 장기 내벽과의 무리한 접촉에 따른 손상을 방지할 수 있다.

상기 리드스크류(31)와 스크류가이드(32) 전체를 실리콘과 같이 유연하게 굴곡가능한 연질소재로 구성할 수도 있으며, 도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예와 같이, 상기 리드스크류(31)와 스크류가이드(32) 외에, 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성되어 상기 전방이동체(10)와의 연결부, 또는 모터조립체(20)와의 연결부, 또는 전방이동체(10) 및 모터조립체(20)와의 연결부 양측에 설치되는 연질연결체(33)를 추가로 구비하여 상기 스크류조립체(30)의 길이방향의 일부를 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성할 수도 있다.

상기 튜브연결체(40)는, 유연하게 신축 및 굴곡가능한 연질소재로 구성된 튜 브형상으로 상기 스크류조립체(30)를 내부에 수용하면서 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)에 전, 후단부가 각각 결합되어, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20) 사이에서 생체 장기와 접촉되는 연질의 접촉면을 제공함과 동시에, 상기 스크류조립체(30)와 같이 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20) 사이에 설치되는 구성요소들을 외부의 이물질로부터 안전하게 보호, 수용할 수 있는 밀폐공간을 제공하게 된다.

상기 스크류조립체(30)의 길이가 신축변형되거나 굴곡되면 상기 튜브연결체(40) 또한 함께 그 길이가 신축변형되고 굴곡되는데, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격간격이 축소된 상태에 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20) 사이에 형성되는 이격거리가 줄어들게 됨에 따라, 상기 튜브연결체(40) 내부의 압력이 상승하게 되고 상기 튜브연결체(40)의 외경방향으로의 팽창으로 인해 장기에 무리한 압력이 작용하게 되거나 상기 튜브연결체(40)가 손상될 수 있다.

상기 전방이동체(10), 또는 모터조립체(20), 또는 전방이동체(10)와 모터조립체(20) 양측에 상기 튜브연결체(40)의 내부공간과 연통되도록 통기로(45)를 개방형성하면, 상기 튜브연결체(40)의 신축변형에 의해 상기 튜브연결체(40) 내, 외측간의 압력차가 설정한도를 초과하게 되어 상기 튜브연결체(40)의 팽창으로 인해 장기에 무리한 압력이 작용하게 되거나 로봇이 파손되는 것을 방지하면서 전방으로 진행하도록 구동시킬 수 있다.

또한, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)가 장기 내벽에 접촉된 상태를 유지하면서 전방으로의 진행하게 됨에 따라, 상기 모터조립체(20) 후방의 공기가 상기 전방이동체(10) 전방측으로 점차 밀리게 되어 상기 모터조립체(20) 후방과 상기 전방이동체(10) 전방간에 압력차이가 발생하게 되고, 이로인해 검사자가 거부감을 느낄 수 있다.

상기 튜브연결체(40)의 내부공간과 연통되게 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)에 통기로(45)를 개방형성하면 상기 모터조립체(20) 후방과 상기 전방이동체(10) 전방간의 압력차가 설정한도를 초과하게 되는 것을 방지하면서 전방으로 진행하도록 구동시킬 수 있으며, 상기 통기로(45)에 필터(미도시)를 설치함으로서 장기 내 이물질로 인해 본 발명이 오염되어 고장, 오작동되는 것을 방지할 수 있다.

상기 경사돌기(50)는, 상기 모터조립체(20)와 전방이동체(10)의 전방이동을 가이드하면서도 후방이동의 걸림턱을 제공하도록 반경방향으로의 외측단부가 보다 후방에 위치되는 경사진 형상으로 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)의 표면 둘레에 결합되고, 상기 튜브연결체(40)의 표면 둘레에도 선택적으로 형성된다.

본 발명의 제1, 2실시예에서 상기 경사돌기(50)는 도 3, 4에 도시된 바와 같이 외측단부가 보다 후방에 위치되도록 경사지게 결합되는 다수의 섬유나 필라멘트로 구성된 실시예와, 본 발명의 제3실시예에서 상기 경사돌기(50)는 도 5에 도시된 바와 같이 외측단부가 보다 후방에 위치되도록 경사진 쐐기형 단면형상을 가진다.

상기 본 발명의 제3실시예의 경사돌기(50)는 고무소재나 실리콘과 같이 굴곡변형 및 복원가능한 연질소재로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)의 표면상에서 다수의 개소에 점형태로 분산형성되거나, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)의 둘레에 원형 또는 타원형 등의 정단면형상을 가지 도록 연속되게 돌출형성된 실시예를 포함하여, 생체 장기 표면을 손상시키지 않으면서 전방이동에 대한 마찰력 및 고착정도에 비해 후방이동에 대한 마찰력 및 고착정도를 보다 상승시킬 수 있다면 특정한 구조와 형상, 재질로 한정되지 않는다.

도 6a에 도시된 바와 같은 상태에서 도 6b에 도시된 바와 같이 전, 후방에 이격설치된 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 확장조정하면, 상기 전방이동체(10)의 표면 둘레에 형성된 상기 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 감소되면서, 상기 모터조립체(20)의 표면 둘레에 형성된 상기 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 증가하게 되어, 상기 모터조립체(20)에 형성된 상기 경사돌기(50)의 고착력을 기반으로 하여 상기 전방이동체(10)의 전진이 이루어지게 된다.

도 6b에 도시된 바와 같은 상태에서 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 축소조정하면, 상기 전방이동체(10)의 표면 둘레에 형성된 상기 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 증가되면서, 상기 모터조립체(20)의 표면 둘레에 형성된 상기 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 저하되게 되어, 상기 전방이동체(10)에 형성된 상기 경사돌기(50)의 고착력을 기반으로 하여 상기 후방이동체(10)의 전진이 이루어지게 된다.

도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 경사돌기(50)가 생체 장기 표면에 접촉된 상태에서 상기 스크류조립체(30)의 회전방향을 정방향, 역방향으로 전환조정하면, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리가 신축조정되며 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)의 전방 이동이 순차적으로 이루어지면서 본 발명 전체의 전진이 이루어지게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법에 의하면, 상호간의 이격거리 신축조정에 의해 생체 장기 내부에서 전방으로 이동하게 되는 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)의 외면부를 연질소재로 구성된 상기 튜브연결체(30)로 연결하여, 상기 전방이동체(10)의 전방단부에서 상기 튜브연결체(30)를 거쳐 상기 모터조립체(20)의 후방단부까지 매끄럽고 유연하게 연속되는 표면을 제공하게 됨에 따라 점탄성체인 장기 내벽상에 안정되게 접촉, 지지된 상태를 유지하면서 직진 이동변위 및 속도를 명확하게 형성할 수 있다.

또한, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)를 포함한 표면 둘레에 전협후광의 형상을 가지도록 상기 경사돌기(50)를 형성하여, 상기 전방이동체(10)나 모터조립체(20)가 전방으로 이동되는 경우에는 장기 내벽과의 마찰력이 최소화되어 원활한 진행이 이루어질 수 있으면서도, 후방으로의 이동가압력이 작용되는 경우에는 장기 내벽과의 마찰력이 자연히 증가하게 되어, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리의 신축조정에 따른 전방 이동 매커니즘을 안정적으로 구현할 수 있다.

이에 따라, 장기 내벽과 안정되게 접촉된 상태를 유지하면서 장기 내벽의 형상에 맞추어 진행방향 및 속도를 원활하고 신뢰성있게 전환, 제어할 수 있으며, 상기 스크류조립체(30)와 모터(21)를 추가로 구비하는 정도의 간단한 구조로 엄격한 가공정밀도에 구애되지 않고 용이하게 구현가능하여 소형, 경량 및 저렴한 단가로 제작, 적용할 수 있다.

그리고, 상기 튜브연결체(40), 경사돌기(50)와 같은 유연한 재질특성을 가지는 표면 구조물들이 장기 내벽에 접촉된 상태로, 최소한의 마찰과 접촉압력에 의해 장기 내벽상에서 추진력을 생성하게 되므로, 생체 표면과의 무리한 접촉 및 이에 따른 손상을 최소화할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

도 1 - 종래기술에 따른 내시경 장치의 제1실시예를 도시한 사시도

도 2 - 종래기술에 따른 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템의 제1실시예를 도시한 요부측단면도

도 3 - 본 발명에 따른 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 제1실시예를 도시한 요부투시측면도

도 4 - 본 발명에 따른 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 제2실시예를 도시한 요부투시측면도

도 5 - 본 발명에 따른 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 제3실시예를 도시한 요부투시측면도

도 6a 내지 도 6c - 본 발명에 따른 생체내 이동형 로봇의 신축 구동에 따른 이동원리를 설명하고자 도시한 요부투시측면도

<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명>

10 : 전방이동체 20 : 모터조립체

21 : 모터 30 : 스크류조립체

31 : 리드스크류 32 : 스크류가이드

33 : 연질연결체 40 : 튜브연결체

45 : 통기로 50 : 경사돌기

60 : 와이어

Claims

전방이동체(10);

상기 전방이동체(10) 후방에 이격설치되며, 모터(21)가 장착되는 모터조립체(20);

상기 모터(21)에 연동회전되며 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 신축조정하도록 상기 전방이동체(10)와 모터(21)의 회전축에 전, 후 양단부가 결합되는 스크류조립체(30);

유연하게 신축 및 굴곡가능한 연질소재로 구성되고, 상기 스크류조립체(30)를 내부에 수용하며 전, 후단부가 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)에 각각 결합되는 튜브연결체(40); 및

상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)의 표면 둘레에 결합되며, 상기 모터조립체(20)와 전방이동체(10)의 전방이동을 가이드하면서도 후방이동의 걸림턱을 제공하도록 반경방향으로의 외측단부가 보다 후방에 위치되게 경사진 형상을 가지는 경사돌기(50);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제1항에 있어서, 상기 전방이동체(10)는,

전방단부에 카메라 모듈이 장착되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제1항에 있어서, 상기 모터조립체(20)는,

후방단부에 생체 외부 취출용 와이어(60)가 연결되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제1항에 있어서, 상기 스크류조립체(30)는,

표면 둘레에 나선형 돌기가 전후방으로 연속형성되며, 후단부가 상기 모터(21)의 회전축에 결합되는 리드스크류(31); 및

상기 리드스크류(31)의 나선형 돌기 사이에 형성되는 나선형 홈에 끼워져 상기 나선형 돌기를 가이드하게 되는 키, 또는 상기 리드스크류(31)의 나선형 돌기에 대응되는 형상의 나선형 홈을 내면에 구비하여 상기 리드스크류(31)에 계합되며, 전단부가 상기 전방이동체(10)에 결합되어 상기 리드스크류(31)의 회전수 및 회전방향에 비례하여 전, 후방으로의 이동변위를 가지는 스크류가이드(32);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 스크류조립체(30)는,

유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성되어 상기 전방이동체(10)와의 연결부, 또는 모터조립체(20)와의 연결부, 또는 전방이동체(10) 및 모터조립체(20)와의 연결부 양측에 설치되는 연질연결체(33);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제1항에 있어서, 상기 스크류조립체(30)는,

전체가 실리콘과 같이 유연하게 굴곡가능한 연질소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제1항에 있어서, 상기 경사돌기(50)는,

외측단부가 보다 후방에 위치되도록 경사지게 결합되는 다수의 섬유나 필라멘트로 구성되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제1항에 있어서, 상기 경사돌기(50)는,

외측단부가 보다 후방에 위치되도록 경사진 쐐기형 단면형상을 가지며, 고무소재나 실리콘과 같이 굴곡변형 및 복원가능한 연질소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제1항에 있어서, 상기 경사돌기(50)는,

상기 튜브연결체(40)의 표면 둘레에도 반경방향으로의 외측단부가 보다 후방에 위치되게 경사진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제1항에 있어서,

상기 튜브연결체(40)의 신축변형에 의해 상기 튜브연결체(40) 내외측간에 설정한도를 초과하는 압력차가 발생되지 않도록 상기 전방이동체(10), 또는 모터조립체(20), 또는 전방이동체(10)와 모터조립체(20) 양측에 상기 튜브연결체(40)의 내부공간과 연통되게 개방형성되는 통기로(45);

를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제1항에 있어서,

상기 모터조립체(20) 후방과 상기 전방이동체(10) 전방간에 설정한도를 초과하는 장기 내 압력차가 발생되지 않도록 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)에 상기 튜브연결체(40)의 내부공간과 연통되게 개방형성되는 통기로(45);

를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 통기로(45)는,

장기 내 이물질의 투입을 방지하는 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇.
전, 후방에 이격설치된 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 확장조정하면, 상기 전방이동체(10)의 표면 둘레에 형성된 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 감소되고, 상기 모터조립체(20)의 표면 둘레에 형성된 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 증가되며,

상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 축소조정하면, 상기 전방이동체(10)의 표면 둘레에 형성된 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강 도는 증가되고, 상기 모터조립체(20)의 표면 둘레에 형성된 경사돌기(50)와 생체 장기 표면간의 고착강도는 저하되어,

상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 신축조정하면서 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)를 순차적으로 전방 이동시키는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 구동방법.
제13항에 있어서,

상기 전방이동체(10)와 상기 모터조립체(20)에 장착된 모터(21)의 회전축에 전, 후 양단부가 결합된 스크류조립체(30)를 회전조정하며 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 이격거리를 신축조정하는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 구동방법.
상호간의 이격거리 신축조정에 의해 생체 장기 내부에서 전방으로 이동하게 되는 전방이동체(10), 모터조립체(20)와, 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)에 전, 후단부가 각각 결합되어 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20) 사이에서 생체 장기와 접촉되는 연질의 접촉면을 제공하게 되는 튜브연결체(40)와, 상기 튜브연결체(40)의 밀폐된 내부공간과 연통되게 개방형성된 통기로(45)에 의해,

상기 튜브연결체(40)를 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)간의 상대변위 와 장기의 내벽 형상에 따라 자유롭게 신축변형시키면서도 상기 튜브연결체(40) 내부와 생체 장기 내부가 설정한도 이하의 압력차를 유지하면서 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20)의 전방 이동이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 구동방법.
제15항에 있어서, 상기 통기로(45)는,

생체 장기 내에서 상기 모터조립체(20) 후방과 상기 전방이동체(10) 전방간에 설정한도를 초과하는 압력차가 발생되지 않도록 상기 전방이동체(10)와 모터조립체(20) 양측에 개방형성되는 것을 특징으로 하는 신축변형에 의해 이동되는 생체내 이동형 로봇의 구동방법.