KR101012034B1 - 조향모듈 및 이를 이용한 로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크기가 최소화되면서도 피조향물을 효과적으로 조향할 수 있는 조향모듈 및 이를 이용한 로봇 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조향모듈은 본체, 상기 본체의 상판을 관통하여 연장되는 조향축, 상기 본체와 상기 조향축을 회동가능하게 연결하는 연결부 및 길이 신축이 가능한 구동체를 구비한다. 상기 구동체는 상기 본체의 상판 아래에 배치되어, 상기 본체의 상판과 수평하게 연장형성되며, 상기 구동체의 일단부는 상기 본체에 연결되고, 다른 일단부는 상기 본체의 상판 아래로 연장된 상기 조향축에 연결된다. 본 발명에 따른 조향모듈은 크기가 최소화된 반면 조향에 필요한 충분한 구동력을 가지며, 상기 구동체의 동작을 적절히 제어하여 우수한 응답 특성을 가진다.

내시경, 카메라모듈, 조향모듈, 형상기억합금

Description

조향모듈 및 이를 이용한 로봇 시스템{Steering Module And Robot System Using The Same}

본 발명은 조향모듈 및 이를 이용한 로봇 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모듈을 구동시키는 구동체가 상기 모듈의 본체 상판과 수평하게 연장형성되어 크기가 최소화되면서도 피조향물을 효과적으로 조향할 수 있는 조향모듈 및 이를 이용한 로봇 시스템에 관한 것이다.

인체를 침습하지 않고, 생체 내의 장기를 진료 또는 관찰하기 위한 방법으로서 내시경을 이용한 방법이 사용되고 있다. 하지만, 이러한 전통적인 내시경 기술은 고도로 숙련된 시술 기술을 요하고, 시술받는 환자들에게 고통을 주게 된다는 한계가 있다.

따라서, 구강 또는 항문을 통해 생체 내로 투입되어 환자의 고통 없이 생체내의 기관을 진료 또는 관찰할 수 있도록 하는 생체내 이동형 시스템 기술이 연구되고 있다. 대표적인 생체내 이동형 시스템으로, 구강을 통해 투입되면 소화기관의 연동 운동에 의존해 이동하면서 생체 내부를 촬영하는 캡슐형 내시경 시스템이 있다.

상기 캡슐형 내시경 시스템은 생체 내부 영상을 촬영하기 위하여 렌즈, LED 조명 및 이미지 센서 등을 구비하는 초소형 카메라모듈을 구비한다. 상기 카메라모듈에 의해 촬영된 영상은 외부로 전송되어 생체 내 기관을 진료 또는 관찰하는데 이용된다.

상기 캡슐형 내시경 시스템에 구비되는 상기 카메라모듈은 일반적으로 약 120도의 화각(view angle)을 가진다. 소화기관의 연동 운동에 의존해 이동하는 캡슐형 내시경은, 한번 지나친 부분에 대해서는 다시 촬영할 수 없으므로, 장기 내벽에 형성된 병변 등의 환부를 놓치지 않고 촬영하기 위해서는 상기 카메라모듈이 초기위치에 대해서 모든 방향으로 30도 이상 조향되도록 할 필요가 있다.

따라서, 카메라모듈의 방향을 조향하는 조향모듈을 구비한 캡슐형 내시경 시스템이 개발되고 있다. 상기 조향모듈은 상기 카메라 모듈과 연결되어 외부의 제어신호에 따라 상기 카메라모듈을 원하는 방향으로 조향하는 역할을 한다.

하지만, 캡슐 내시경 시스템에 조향모듈이 구비되면, 상기 캡슐 내시경 시스템은 그 길이가 증가되어, 전체 크기가 커지게 되는 문제점이 있다.

소장과 같은 생체내 장기는 생체 내에서 구불구불한 형태로 위치하며, 크게 나누어 직선 형태의 내부 공간을 가지는 직선부와, 그 형태가 크게 꺾여 굴곡된 형태의 내부 공간을 가지는 굴곡부로 이루어진다. 즉, 상기 캡슐 내시경은 장기의 연동운동에 의해 장기 내부를 이동하는 동안에 직선의 루트 뿐 아니라, 곡선의 루트를 통과하여야만 한다.

능동적인 이동 수단을 구비하지 않고 장기의 연동운동에 의해 수동적으로 이 동되는 상기 캡슐 내시경이 상기 굴곡부를 통과하기 위해서는 굴곡부가 형성하는 내부 공간이 형성하는 루트를 따라 그 이동 방향을 크게 선회하여야만 한다. 상기 캡슐 내시경의 몸체는 일반적으로 직선 형태를 가지므로, 상기 캡슐 내시경이 상기 굴곡부를 통과하는 과정에서, 불가피하게 그 몸체 일부분이 장기 내벽과 충돌하게 된다.

상기 캡슐 내시경이 장기 내벽과 충돌하게 되면, 장기 내벽으로부터 반력을 받게 되고, 이와 같은 장기 내벽에 의한 반력은 상기 캡슐 내시경이 장기 내부에서 원할히 이동하는 것을 방해하여, 상기 캡슐 내시경의 이동성을 저하시킨다.

장기 내벽에 의해 상기 캡슐 내시경이 반력을 받는다는 것은 다시 말해서, 캡슐 내시경이 장기 내벽을 압박한다는 것을 의미한다. 캡슐 내시경의 장기 내벽을 압박하게 되면 시술받는 환자가 고통을 받을 수 있다.

캡슐 내시경의 크기 즉, 전체 길이가 커질 수록 장기의 굴곡부 통과시, 캡슐 내시경과 장기 내벽의 접촉 정도가 심해져 그만큼 캡슐 내시경의 이동성이 저하되며, 결국 환자가 고통받는 정도는 더 커진다. 따라서, 생체 내부로 투입되는 캡슐 내시경의 크기는 가급적 작게 설계될 필요가 있다.

하지만, 캡슐 내시경의 크기만을 고려하여 조향모듈을 설계하게 되면, 카메라모듈을 조향하는데 필요한 충분한 구동력을 생성하는 구조를 만들기가 용이하지 않을 수 있다.

또한, 생체 내부의 장기의 표면은 점탄성체로 이루어져 있어 일정하게 고정되어 있지 않고 변형이 일어나게 되므로, 상기 캡슐형 내시경은 장기 내부의 굴곡 부를 통과하는 경우 뿐 아니라 직선부를 통과하는 동안에도, 장기 내벽과 충돌을 일으킬 수 있다. 경우에 따라서는, 장기 내벽에 의해 상기 캡슐형 내시경의 선단부가 압박되는 경우가 발생한다.

따라서, 장기 내벽에 의해 상기 카메라모듈의 선단부가 압박된 상태에서 캡슐형 내시경 시스템의 조향모듈의 구동력이 장기 내벽에 의한 반력을 이길 수 있을 정도로 충분하지 못하다면, 상기 카메라모듈의 원하는 방향으로의 조향이 용이하지 않게 된다. 또한, 반력을 이기기 위해 조향모듈을 무리하게 구동시키면 조향모듈의 구동부가 손상될 수도 있다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서는, 크기가 작으면서도 장기 내벽에 의한 반력을 이기기에 충분한 구동력을 생성할 수 있는 조향모듈이 개발될 필요가 있다. 뿐만 아니라, 생체 내부에서 카메라모듈을 원하는 방향으로 신속하게 조향할 수 있는 즉, 제어신호에 대한 응답특성이 우수한 조향모듈이 개발될 필요가 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 조향모듈의 구동력을 제공하는 구동체가 상기 조향모듈의 본체의 상판과 수평하게 연장형성되도록 함으로써 크기가 최소화되면서도 효과적인 조향이 가능한 조향모듈 및 이를 이용한 로봇 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 형상기억합금을 이용해 상기 구동체를 형성하여 장기 내벽에 의한 반력을 이기내기에 충분한 구동력을 가지면서도, 응답특성이 향상된 조향모듈 및 이를 이용한 로봇 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 조향모듈은 본체, 상기 본체의 상판을 관통하여 연장되는 조향축, 상기 본체와 상기 조향축을 회동가능하게 연결하는 연결부 및 길이 신축이 가능한 구동체를 구비한다. 상기 구동체는 상기 본체의 상판 아래에 배치되어, 상기 본체의 상판과 수평하게 연장형성되며, 상기 구동체의 일단부는 상기 본체에 연결되고, 다른 일단부는 상기 본체의 상판 아래로 연장된 상기 조향축에 연결된다.

또한, 상기 조향모듈에는 상기 구동체가 복수개 구비되고, 각각의 상기 구동체는 상기 조향축을 중심으로 방사형으로 배치될 수도 있다.

또한, 상기 연결부는, 상기 조향축에 형성되는 볼과 상기 본체에 형성되는 볼수용부로 이루어지며, 상기 조향축과 상기 본체는 볼 조인트 연결될 수도 있다.

또한, 상기 구동체는 전류를 가하면 길이가 신축되는 형상기억합금으로 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 구동체는 인장력 또는 압축력을 가하면 길이가 신축될 수도 있다.

또한, 상기 구동체는 코일 형태를 가질 수도 있다.

또한, 상기 구동체는 짝수개이며, 각각의 상기 구동체는 서로 일정한 각도로 배치될 수도 있다.

또한, 상기 본체는 구동체수용부를 더 포함하고, 상기 구동체수용부는 상기 구동체를 내부에 수용할 수도 있다.

또한, 상기 조향모듈은 상기 구동체수용부에 연결되어, 상기 구동체수용부 내부를 밀폐하는 구동체보호캡을 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 로봇 시스템은 상기 조향모듈 및, 상기 조향모듈의 조향축 단부에 연결되는 카메라모듈을 구비한다.

또한, 상기 로봇 시스템은 캡슐형 내시경 시스템일 수도 있다.

본 발명에 따르면, 조향모듈의 크기가 최소화될 수 있어 이를 구비하는 로봇 시스템의 전체 크기가 최소화될 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 조향모듈은 형상기억합금을 이용한 구동체를 구비하여 소형화된 로봇 시스템에 구비되어, 조향에 필요한 큰 구동력을 발생시키며, 상기 로봇 시스템이 우수한 응답 특성을 가지고 동작할 수 있게 해주는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)의 사시도이다. 조향모듈(10)에는 카메라모듈(20)이 연결되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)은 원형의 상판(110)을 구비한 본체(100) 및, 본체(100)의 상판(110)을 관통하여 연장되는 조향축(200)을 구비한다.

조향축(200)은 연결부(120, 210)에 의해 본체(100)와 회동가능하게 연결된다. 본 실시예에 따르면, 상기 연결부는 조향축(200) 상에 형성되는 볼(210)과 본체(100)에 형성되어 볼(210)을 수용하는 볼수용부(120)로 이루어지며, 조향축(200)은 상기 연결부에 의해 본체(100)의 상판(110)과 볼 조인트 방식으로 회동가능하게 연결된다.

따라서, 조향축(200)은 본체(100)의 상판(110)에 대해 상기 연결부를 중심으로 전방위으로 회동 가능하게 연결된다(도 2 참조). 조향축(200)이 전방위로 회동가능하다는 것은 조향축(100)의 단부에 연결된 피구동체인 카메라모듈(20)이 전방위로 조향될 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 조향축(200)의 방향이 조향되지 않은 초기상태의 모습을 도시하며, 도 2는 조향축(200)의 방향이 조향된 상태의 모습을 도시한다.

본 실시예에 따르면, 상기 연결부는 볼(210)과 볼수용부(120)로 이루어져 조향축(200)과 본체(100)를 볼 조인트 방식으로 연결하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 조향축(200)이 본체(100)에 대해 전방위로 회동가능하게 하는 어떠한 방식의 연결구조라도 본 발명에 따른 조향모듈(10)에 이용될 수 있다.

도 1 및 도 2에서 부재번호 300은 본체(100)의 하면에 결합되어 본체(100) 내부를 밀폐하는 구동체보호캡을 나타낸다.

상기 본체(100) 내부에는 구동체(미도시)가 구비된다. 상기 구동체는 조향축(200)에 힘을 가하여 조향축(200)을 회동시키고, 피구동체인 카메라모듈(20)의 방향을 조향하는 역할을 한다. 본 실시예에 따르면, 상기 구동체는 외부에서 자극(전류, 외력)을 가하면 그 길이가 신축될 수 있는 구조 또는 재질로 이루어진다.

이하 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상기 구동체와 조향축(200)의 연결관계 및 구동체의 동작에 의한 조향모듈(10)의 조향원리를 간략하게 설명한다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)의 조향원리를 도시하는 개념도이다.

도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 구동체(401, 402)의 일단부는 각각 상판(110) 아래로 연장된 조향축(200)에 연결되고, 다른 일단부는 본체(100)에 연결되어 고정된다. 상기와 같은 연결관계에 의해서, 각각의 구동체(401, 402)는 본체(100)의 상판(110) 아래에, 본체(100)의 상판(110)과 수평한 방향으로 연장되도록 배치된다.

이와 같이, 구동체(400)가 본체(100)의 상판(110)과 수평하게 연장되도록 배치함으로써, 조향모듈(10)의 전체 길이(t)(도 3a 참조)는 감소된다.

본 실시예에 따르면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 초기위치(조향축(200)이 본체(100)의 상판(110)과 실질적으로 수직한 위치)에 있는 조향모듈(10)을 이용해 카메라모듈(20)의 방향을 도면 상에서 왼쪽으로 조향하고자 하는 경우, 제2구동체(402)의 길이는 수축되도록 제어하고, 제1구동체(401)는 그 길이가 신장되도록 제어한다.

이와 같은 제1구동체(401) 및 제2구동체(402)의 운동에 의해 초기 위치에 있던 조향모듈(10)의 조향축(200)은 왼쪽 방향으로 회동되어 그 방향이 조향된다. 조향축(200)의 방향이 조향됨에 따라 조향축(200)에 연결된 카메라모듈(20)이 왼쪽 방향으로 조향된다.

본 실시예에 따르면, 조향된 조향축(200)의 최대 편심각(Φ)은 30도 이상이며, 이러한 최대 편심각(Φ)의 크기는 조향축(200) 상의 볼(210)의 위치에 따라 조정될 수 있다.

도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 본 실시예서는 조향축(200)을 좌우측 방향으로 조향하기 위하여 일직선 상에 배치되는 두 개의 구동체(401, 402)를 사용하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

단순히 조향축(200)을 좌우측 방향으로의 조향 즉, 조향축(200)의 단방향의 조향이 목적이라면, 하나의 구동체만을 이용해 그 길이를 신축 또는 팽창시킴으로써, 조향축(200)을 좌우측 방향으로 조향할 수 있을 것이다.

하지만, 캡슐형 내시경 시스템 등에 사용되는 카메라모듈(20)의 약 120도의 화각을 가진다. 따라서, 카메라모듈(20)이 전방향 모두를 촬영할 수 있기 위해서는카메라모듈(20)이 모든 방향에 대해 30도 이상 조향될 수 있어야 한다. 즉, 조향축(200)의 조향이 전방위적으로 이루어지도록 할 필요가 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 일 실시예에 따른 조향모듈(10)은 조향축(200)의 조향이 전방위로 이루어지도록 한다. 이하 도 4 및 도 5를 참조하여 이에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)의 분리사시도이고, 도 5는 본체(100)의 상판부가 절개된 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)의 사시도이다.

도 4을 참조하면, 본체(100)에는 구동체(400) 및 조향축(200)의 일부를 내부로 수용하는 구동체수용부(121)가 구비된다.

구동체수용부(121)의 중앙부에는 하면과 상면을 관통하는 통공(122)이 형성되어 있으며, 조향모듈(10)의 조향축(200)은 통공(122)을 통해 본체(100) 내부로 삽입된다. 통공(122)의 하면측 개구부와 달리, 상면측 개구부의 직경은 조향축(200)에 형성된 볼(210)의 직경보다 작다. 상기 상면측 개구부가 바로 볼수용부(120)가 된다.

조향축(200)을 구동체수용부(121) 내부로 삽입한 뒤, 조향축(200)의 일부가 상판(110) 위로 노출되도록 밀어 넣으면, 조향축(200)에 형성된 볼(210)이 상판(110)에 형성된 볼수용부(120)(도 1 및 도 2 참조)와 맞닿게 된다. 볼(210)은 볼수용부(120)를 통과하지 못하므로, 조향축(200)은 볼(210)을 중심으로 하여, 일부 는 상판(110) 위로 연장되고, 다른 일부는 상판(110) 아래로 연장된 상태로 배치된다. 조향축(200)이 본체(100)에 대해 상기와 같이 배치되고 나면, 지지수단(미도시)을 통공(122)을 통해 삽입한 뒤 볼(210)의 아래쪽에 고정하여 볼(210)의 아래쪽이 지지되도록 하여 조향축(200)이 본체(100)에서 이탈되지 않도록 한다. 상기 지지수단과 볼수용부(120) 사이에서 볼(210)은 회동가능하게 지지되며, 이와 같은 구조에 의해 조향축(200)이 본체(100)와 볼 조인트 연결된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 조향모듈(10)은 조향축(200)을 중심으로 일정한 각도(θ)를 가지고 방사형으로 배치되는 6개의 구동체(401, 402, 403, 404, 405, 406)를 구비한다. 각각의 구동체(401, 402, 403, 404, 405, 406)는 조향축(200)에 연결된 카메라모듈(20)의 방향을 조향할 수 있는 구동력을 제공하며, 이러한 복수의 구동체의 방사형의 배치는 조향축(200)이 여러 방향으로 조향될 수 있게 한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 구동체수용부(121)는 그 하면에서부터 구동체수용부(121) 내부에 위치한 볼(210)의 아래 부근까지 연장 형성된 복수의 통공(123)을 구비한다. 상기 통공(123)의 개수 및 형태는 구동체(400)의 개수와 형태에 대응된다. 각각의 구동체(401, 402, 403, 404, 405, 406)는 통공(123)을 통해 구동체수용부(121) 내부로 수용된다.

구동체수용부(121)는 구동체(400)를 내부에 수용하여 구동체(400)가 외부환경에 직접적으로 노출되어 파손되는 것을 막는다. 또한, 구동체수용부(121)에 형성된 통공(123)은 구동체(400)가 본체(100) 내부로 수용되는 입구 역할을 하며, 각각 의 구동체(401, 402, 403, 404, 405, 406)를 그 내부에 지지하는 역할을 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 구동체수용부(121) 내부로 수용된 각각의 구동체(401, 402, 403, 404, 405, 406)의 일단부는 상판(110) 아래로 연장된 조향축(200)에 연결되고, 다른 일단부는 본체(100)에 연결되어 고정된다.

상기와 같은 연결관계에 의해서, 각각의 구동체(401, 402, 403, 404, 405, 406)는 본체(100)의 상판 아래에 배치되며, 본체(100)의 상판과 수평한 방향으로 연장되어 형성된다.

각각의 구동체(401, 402, 403, 404, 405, 406) 및 조향축(200)이 구동체수용부(121) 내부에 결합되고 나면, 구동체수용부(121) 하면에 구동체보호캡(300)이 결합된다.

구동체보호캡(300)은 본체(100)의 구동체수용부(121) 내부를 밀폐하여 외부환경과 격리시킴으로써, 구동체(400)가 항상 동일한 환경에서 구동될 수 있도록 해준다. 따라서, 본 실시예에 따른 조향모듈(10)은 반복성이 뛰어난 응답특성을 가지게 된다.

상기와 같이, 조향축(200)의 방향을 조향시키는 구동체(400)가 본체(100)의 상판(110)과 수평하게 연장되어 본체(100) 내부에 수용되므로, 조향모듈(10)의 전체 길이(t)(도 4 참조)는 감소되며, 따라서 조향모듈(10)의 크기가 최소화되는 효과가 있다.

본 실시예에 따르면, 구동체(400)는 전류를 가하면 길이가 신축되는 형상기억합금으로 이루어진다. 또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따 른 각각의 구동체(401, 402, 403, 404, 405, 406)는 코일형태를 가지며, 인장력 또는 압축력을 가하면 길이가 신축될 수 있는 재질로 이루어진다. 이 때, 코일형태의 구동체(400)는 탄성복원력을 갖지 않는 재질로 이루어진다. 다시말해, 인장력 또는 압축력에 의해 길이가 신축된 구동체(400)는 스프링과 같이 원상태로 복귀하려는 힘을 갖지 않으며, 신축된 상태에서 다른 외력이 작용하지 않는 한 그 길이를 유지한다.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)의 배면 사시도이다. 이하, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여, 구동체의 길이 신장에 따른 조향모듈(10)의 동작에 대해 구체적으로 설명한다. 조향모듈(10)에는 카메라모듈(20)이 연결되어 있으며, 구동체보호캡은 그 도시가 생략되었다.

본 실시예에 따르면, 조향모듈(10)에는 총 6개의 구동체(401, 402, 403, 404, 405, 406)가 서로 일정한 각도(θ)를 가지고 배치된다. 이와 같이, 짝수개의 구동체가 서로 일정한 각도(θ)로 방사형으로 배치되면, 제1구동체(401) 및 제2구동체(402)와 같이 서로 대향되는 두개의 구동체가 두개씩 짝을 이루어 일직선 상에 배치된다.

초기위치에 있는 조향모듈(10)(도 6a 참조)을 조향하여 카메라모듈(20)의 방향을 우측으로 조향(도 6b 참조)하고자 하는 경우, 제1구동체(401) 및 제2구동체(402) 모두에 전류를 인가함으로써, 제1구동체(401)의 길이는 수축시키는 동시에 제2구동체(402)의 길이를 신장시켜 조향축(200)의 방향을 조향할 수도 있다. 하지만, 이와 같은 방법에 의하면 두 개의 구동체에 서로 다른 신호를 인가하여 각각 신장 또는 수축되게 제어해야만 하고, 또한 동일한 비율로 신축되도록 제어하여야 하므로 그만큼 조향모듈(10)을 제어하는 방법이 복잡해진다.

또한, 조향된 조향축(200)을 그 반대 방향(좌측 방향)으로 조향(도 6c 참조)하고자 하는 경우에 제1구동체(401)에 전류를 차단하여, 제1구동체(401)의 길이가 원상태로 복귀됨에 따라 조향축(200)이 초기위치로 복귀되기를 기다린 후, 다시 제2구동체(402)를 수축시켜 조향시킬 수도 있다. 하지만, 이러한 방식에 의하면, 조향모듈(10)의 응답 속도가 매우 늦어지게 된다.

따라서, 본 실시예에 따르면 초기위치에 있는 조향모듈(10)(도 6a 참조)을 조향하여 카메라모듈(20)의 방향을 우측으로 조향(도 6b 참조)하고자 하는 경우에, 조향모듈(10) 또는 조향모듈(10)이 포함된 시스템에 구비된 전류인가장치(미도시)를 이용해 제1구동체(401)에 전류를 인가하여, 제1구동체(401)의 길이가 수축되도록 한다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 전류가 인가됨에 따라 제1구동체(401)가 수축하게 되면, 조향축(200)은 도면상에서 우측방향으로 조향된다. 조향축(200)이 우측방향으로 조향되면, 조향축(200)은 제2구동체(402)를 잡아당기게 되어 제2구동체(402)에 인장력을 가한다. 본 실시예에 따른 구동체는 인장력을 가하면 길이가 신장가능한 재질로 이루어져 있으므로, 제2구동체(402)에 인장력이 가해지면 그 길이가 늘어난다.

이와 같은 제1구동체(401)의 수축에 의해 초기 위치에 있던 조향축(200)은 우측 방향으로 회동되어 그 방향이 조향된다. 결과적으로, 조향축(200)에 연결된 카메라모듈(20)의 방향이 조향된다.

전류가 인가되어 있는 제1구동체(401)는 길이가 수축된 상태로 유지된다. 또한, 상술한 바와 같이 제2구동체(402)에는 탄성복원력이 작용하지 않으므로, 길이가 신장된 제2구동체(402) 역시 길이가 신장된 상태로 유지된다. 이와 같은 제1구동체(401) 및 제2구동체(402)의 신축후의 형상 유지력에 의해, 방향이 조향된 조향축(200)은 다른 제어신호가 인가되기 전까지 그 상태를 유지하게 된다.

본 실시예에 따르면, 조향축(200)을 일 방향으로 조향하고자 하는 경우, 그 방향에 대응되는 구동체를 수축시키는 신호만을 인가하면 되므로, 제어신호 시스템을 단순화 할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 도 6b에 도시된 위치와 반대 방향(좌측 방향)(도 6c 참조)으로 조향모듈(10)을 조향하여 카메라모듈(20)의 방향을 조향하고자 하는 경우, 제1구동체(401)에 가해진 전류를 차단하는 동시에 제2구동체(402)에 전류를 가하여 제2구동체(402)의 길이가 신축되도록 한다. 이와 같이 구동체의 동작을 제어하면, 제1구동체(401)가 원상태의 길이로 복귀하는 것을 기다릴 필요없이 제2구동체(402)의 신축에 의해 조향축(200)이 바로 좌측 방향으로 조향된다.

본 실시예에 따르면, 상기와 같이, 일방향으로 조향된 조향모듈(10)의 방향을 그 반대방향으로 조향시킬 때, 수축되었던 구동체가 원상태로 회복되는 것을 기다리지 않고, 그 반대편에 위치한 구동체를 수축시켜 조향축(200)의 방향을 조향하므로, 조향모듈(10)의 응답속도가 향상된다. 따라서, 그 응답속도가 비교적 느린 형상기억합금의 단점이 보완될 수 있다.

상기와 같은 제어는, 서로 대향되어 배치되는 제3 및 제4구동체(403, 404) 및, 제5 및 제6구동체(405, 406)에 대해서도 동일하게 이루어질 수 있으며, 상기 6개의 구동체의 동작에 의해 조향모듈(10)은 여섯 방향으로 조향이 가능하다.

물론, 상기 구동체의 수는 6개로 한정되는 것은 아니며 그 수가 많아질 수록 조향모듈(10)은 좀더 전방위에 걸쳐 그 방향이 조향될 수 있게 된다. 상기 구동체의 수는 조향모듈(10)의 사용목적 및 크기에 따라 결정될 수 있다.

상기 구동체의 수는 홀수개여도 무방하나, 홀수개의 구동체가 구비되면, 모든 구동체가 일직선상에 위치하지는 않게 된다. 따라서, 일 방향으로 조향된 조향축을 그 반대방향으로 조향(즉, 동일 평면상에서 이동)시키기 위해서는 상술한 방법보다 좀더 복잡한 제어를 필요로 하게 된다.

본 실시예에서와 같이, 조향모듈(10)에 짝수개의 구동체가 구비되면, 두개의 구동체가 서로 짝을 지어 일직선 상에 대향배치된다. 조향모듈(10)에 짝수개의 구동체가 구비되면, 상술한 바와 같이, 일 방향으로 조향된 조향축을 그 반대방향으로 조향(즉, 동일 평면상에서 이동)시키고자 하는 경우 일직선상에 위치한 두개의 구동체만을 동작시켜 조향이 가능하다. 즉, 홀수개의 구동체가 구비된 경우에 비해 간단한 제어 방법을 이용해 조향모듈을 일정한 방향과 각도로 손쉽게 조향할 수 있게 된다.

본 실시예에서는, 길이 신축이 가능한 구동체(400)로서 형상기억합금을 이용하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨데, 피스톤과 같이 그 전체길이가 신축가능한 구동수단을 상기 몸체의 상면과 수평하게 배치하여, 조향 축(200)을 회동시킴으로서, 조향모듈(10)의 전체 길이를 감소시키는 효과를 얻을 수도 있을 것이다.

다만, 본 실시예와 같이, 형상기억합금을 이용해 구동체(400)를 형성하게 되면, 전류를 인가하는 단순한 방식에 의해 제어에 의해 구동체(400)의 길이를 제어할 수 있다.

또한, 형상기억합금은 그 크기에 비해 비교적 큰 구동력을 제공한다는 이점이 있다. 따라서, 소형화된 시스템의 동력원으로 매우 적합하게 이용될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 조향모듈(10)이 캡슐형 내시경 시스템과 같은 소형 시스템에 이용되는 경우, 형상기억합금으로 이루어진 구동체가 장기의 내벽에 의한 반력을 이기기에 충분한 구동력을 제공할 수 있다는 이점이 있다. 상기 형상기억합금은 입력신호에 대한 응답속도가 다소 느리다는 단점이 있지만, 상기한 제어방법 등에 의해 구동체를 적절히 제어함으로써 조향모듈(10) 전체의 응답속도는 얼마든지 향상 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 조향모듈(10)이 캡슐 내시경 시스템에 구비되면, 시스템의 크기가 작아진다. 따라서, 상기 캡슐 내시경은 장기 내부 특히, 장기의 굴곡부에서의 이동이 용이하다. 특히, 상기 캡슐 내시경이 장기의 굴곡부를 통과하는 경우, 상기 캡슐 내시경 시스템의 최선단부에 위치한 카메라모듈(20)을 일정 각도 조향시켜 캡슐 내시경의 직선 길이를 감소시키게 되면 상기 캡슐 내시경이 굴곡부 에서의 보다 원할히 이동할 수 있으며, 이를 통해 환자의 고통을 최소화될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 조향모듈은 캡슐형 내시경 시스템에 적합하게 이용될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 조향모듈은 예를 들어 초소형 비행체(MAV)나 로봇 인공안구 등의 다양한 로봇 시스템의 카메라모듈을 조향하는데 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)의 사시도이다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)의 조향원리를 도시하는 개념도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)의 분리사시도이다.

도 5는 본체(100)의 상판부가 절개된 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)의 사시도이다.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향모듈(10)의 배면 사시도이다.

Claims (12)

1. 본체;

   상기 본체의 상판을 관통하여 연장되는 조향축;

   상기 본체와 상기 조향축을 회동가능하게 연결하는 연결부; 및

   길이 신축이 가능한 구동체를 구비하고,

   상기 구동체는 상기 본체의 상판 아래에 배치되어, 상기 본체의 상판과 수평하게 연장형성되며,

   상기 구동체의 일단부는 상기 본체에 연결되고, 다른 일단부는 상기 본체의 상판 아래로 연장된 상기 조향축에 연결되는 것을 특징으로 하는 조향모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구동체가 복수개 구비되고,

   각각의 상기 구동체는 상기 조향축을 중심으로 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 조향모듈.
3. 제2항에 있어서,

   상기 연결부는, 상기 조향축에 형성되는 볼과 상기 본체에 형성되는 볼수용 부로 이루어지며,

   상기 조향축과 상기 본체는 볼 조인트 연결되는 것을 특징으로 하는 조향모듈.
4. 제1항에 있어서,

   상기 구동체는 전류를 가하면 길이가 신축되는 형상기억합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조향모듈.
5. 제2항에 있어서,

   상기 구동체는 전류를 가하면 길이가 신축되는 형상기억합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조향모듈.
6. 제5항에 있어서,

   상기 구동체는 인장력 또는 압축력을 가하면 길이가 신축되는 것을 특징으로 하는 조향모듈.
7. 제6항에 있어서,

   상기 구동체는 코일 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 조향모듈.
8. 제2항에 있어서,

   상기 구동체는 짝수개이며,

   각각의 상기 구동체는 서로 일정한 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 조향모듈.
9. 제1항에 있어서,

   상기 본체는 구동체수용부를 더 포함하고,

   상기 구동체수용부는 상기 구동체를 내부에 수용하는 것을 특징으로 하는 조향모듈.
10. 제9항에 있어서,

    상기 구동체수용부에 연결되어, 상기 구동체수용부 내부를 밀폐하는 구동체보호캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향모듈.
11. 청구항 제1항 내지 제10항 중 어느 한항의 조향모듈; 및

    상기 조향모듈의 조향축 단부에 연결되는 카메라모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
12. 제11항에 있어서,

    상기 로봇 시스템은 캡슐형 내시경 시스템인 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.

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