KR101040487B1

KR101040487B1 - in-vivo moving robot having spiral surface structure

Info

Publication number: KR101040487B1
Application number: KR1020080110896A
Authority: KR
Inventors: 김대은; 김영태
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2011-06-09
Also published as: KR20100052037A

Abstract

본 발명은 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법에 관한 것으로, 모터(1)가 장착되며, 전후방으로의 연장길이를 가지는 다수의 직선형 돌기(11)가 표면 둘레에 형성되어 상기 직선형 돌기(11)의 높이와 갯수에 비례하는 표면 회전 마찰력을 가지는 직선돌기 직진체(10); 상기 직선돌기 직진체(10) 후방에 이격되게 설치되며, 표면 둘레에 나선형 돌기(21)가 전후방으로 연속형성되어 회전수에 비례하여 전방으로의 직진 이동변위를 가지는 나선돌기 회전체(20); 및 상기 나선돌기 회전체(20)가 상기 직선돌기 직진체(10)에 장착된 상기 모터의 회전축(1a)에 연동되어 회전되고, 상기 직선돌기 직진체(10)가 상기 나선돌기 회전체(20)의 직진 이동변위에 연동되어 직진이동되도록, 상기 모터의 회전축(1a)과 상기 나선돌기 회전체(20)를 축이음하며, 상기 직선돌기 직진체(10)와 나선돌기 회전체(20) 상호간에 임의의 상대각도를 형성가능하도록 전후 길이방향의 일부 또는 전체가 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성되는 연질 연결체(30);를 포함하여 구성되는 것을 기술적 요지로 하여, 나선형 표면 구조를 가지는 회전체를 이용함에 있어서, 장기 내벽과 무리하게 접촉되는 것을 방지할 수 있으면서도 장기 내벽의 형상에 맞추어 진행방향을 원활하게 전환, 제어가능하며, 간단한 구조로 구현가능하여 소형, 경량 및 저렴한 단가로 제작, 적용가능한 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to an in vivo mobile robot having a spiral surface structure and a driving method thereof, wherein a plurality of linear protrusions (11) having a motor (1) mounted thereon and having an extension length in the front and rear directions are formed around the surface to form a straight line. A straight protrusion straight body 10 having a surface rotational friction force proportional to the height and the number of the protrusions 11; A spiral protrusion rotating body 20 spaced apart from the straight protrusion straight body 10 and having a helical protrusion 21 continuously formed in front and rear around a surface thereof and having a straight movement displacement toward the front in proportion to the number of revolutions; And the spiral protrusion rotating body 20 is rotated in association with the rotation shaft 1a of the motor mounted on the straight protrusion straight body 10, and the straight protrusion straight body 10 is rotated by the spiral protrusion rotating body 20. The rotary shaft 1a and the spiral protrusion rotating body 20 of the motor are pivoted so that the linear movement is interlocked with the straight movement displacement of the motor, and the linear protrusion straight body 10 and the spiral protrusion rotating body 20 are mutually connected. It has a helical surface structure as a technical subject matter, including; a soft connector 30 composed of a flexible material capable of flexibly bending part or all of the front and rear longitudinal direction to be able to form any relative angle to the In using the rotating body, it is possible to prevent excessive contact with the inner wall of the organ, while smoothly changing and controlling the moving direction according to the shape of the inner wall of the organ. Ryeomhan relates to in vivo mobile robot and a driving method having a production, applicable to a helical surface structure unit.

나선형 구조물, 내시경 로봇, 생체내 이동형 시스템, 마이크로 로봇 Helical Structures, Endoscopic Robots, In vivo Mobile Systems, Micro Robots

Description

In-vivo moving robot having spiral surface structure}

본 발명은 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇에 관한 것으로, 나선형의 표면을 갖는 회전체를 생체 내벽이나 기타 점탄성체의 표면과 접촉하여 추진력을 발생시키는 메커니즘을 가지는 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to an in vivo mobile robot having a helical surface structure. The present invention relates to an in vivo mobile robot having a helical surface structure having a mechanism for generating a driving force by contacting a rotating body having a helical surface with a surface of a living body wall or other viscoelastic material. It's about robots.

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.In vivo mobile medical devices include capsule endoscopes that are inserted through the esophagus for examination of the oral cavity, stomach, small intestine, and large intestine, and endoscope robots that are inserted into the anus. Taken through the oral cavity, and through the natural digestive process is discharged to the body through all the digestive organs in the human body.

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.During this process, the capsule endoscope transmits the image data of the organs to the data storage device outside the body, and the medical staff can observe the inside of the digestive organ in real time while the endoscope is performed. More detailed diagnosis can be performed using the image data.

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.However, these capsule endoscopes take about 8 to 12 hours to be injected into the body and discharged out of the body, which causes a great deal of inconvenience for the patient and the medical staff. There was a downside.

이러한 단점을 해결하기 위한 종래기술로서, 한국공개특허 제2003-68110호의 스크류 타입의 관 내부 이동장치, 한국특허등록 제707395호의 캡슐형 내시경 장치, 한국특허등록 제707393호의 캡슐형 내시경 장치, 한국특허등록 제810732호의 캡슐형 내시경 장치, 한국공개특허 제2005-73166호의 내시경 장치를 포함한 다수가 개시되어 있으며, 이러한 종래기술들은 스크류 회전에 의해 그 이동속도와 방향을 제어하는 작동구조를 구현하고 있다.As a conventional technique for solving the above disadvantages, the screw type pipe moving device of the Korean Patent Publication No. 2003-68110, the capsule endoscope device of Korean Patent No. 707395, the capsule endoscope device of Korean Patent No. 709393, Korean Patent A plurality of capsule endoscope devices, such as Korean Patent Publication No. 2005-73166, are disclosed, including the endoscope device of Korean Patent Publication No. 810732, and these prior arts implement an operation structure for controlling the moving speed and direction by screw rotation.

그러나, 한국공개특허 제2003-68110호의 스크류 타입의 관 내부 이동장치의 경우, 다수의 스크류 구조체 및 모터를 병렬되게 배치하여야 하므로 사이즈가 커서 장기 내 투입 시 사용자에게 거부감을 일으키기 쉽고 단가가 비싸며, 다수의 스크류 구조체의 동시 구동 시 스크류 회전속도에 차이가 발생하게 되면 회전속도가 낮은 방향으로 진행방향이 꺾이게 되므로 명확하게 전, 후진을 컨트롤하기 힘들다는 문제점이 있다.However, in the case of the screw type pipe moving device of Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-68110, since a large number of screw structures and motors must be arranged in parallel, it is large in size, causing discomfort to the user when entering the organ in a long period, and high cost. If there is a difference in the screw rotational speed during the simultaneous driving of the screw structure, there is a problem that it is difficult to control the forward, backward clearly because the direction of rotation is bent in the direction of low rotational speed.

그리고, 한국특허등록 제707395호의 캡슐형 내시경 장치, 한국특허등록 제707393호의 캡슐형 내시경 장치, 한국특허등록 제810732호의 캡슐형 내시경 장치의 경우, 하나의 스크류 구조체로 구성되어 있으나 스크류 구조체의 회전력이 장기 내부 벽면에 무리하게 작용하게 되어 지속적인 사용 시 장기 내벽이 꼬이거나 비틀리게 되며, 외부에서 자기장을 걸어주어야 하므로 별도의 자기부여장치를 구비하여야 사용가능하다는 문제점이 있다.In addition, the capsule endoscope device of Korean Patent No. 707395, the capsule endoscope device of Korean Patent No. 709393, and the capsule endoscope device of Korean Patent No. 810732 are composed of one screw structure, but the rotational force of the screw structure Too long acting on the inner wall of the organ is a long-term internal wall is twisted or twisted in use, there is a problem that must be provided with a separate magnetic impulse device to hang the magnetic field from the outside.

또한, 한국공개특허 제2005-73166호의 내시경 장치의 경우, 전방 구조체와 후방 구조체를 스크류로 연결하여 스크류의 신장이동 변위에 비례하여 전방 구조체 를 전진시킨 후 스크류의 축소이동 변위에 비례하여 후방 구조체를 당겨 함께 전진시키고 있으나, 스크류가 정, 역방향으로 2차례 회전되어야만 1차례의 전진이 이루어질 수 있어 신속한 검사가 어려우며, 전방 구조체와 후방 구조체가 스크류에 의해 일체로 연결되어 있어 구부러진 형태를 가지는 장기 내벽부에서는 원활한 진행이 어렵고 전방 구조체와 후방 구조체 사이에 장기가 끼여 손상될 수 있다는 문제점이 있다.In addition, in the endoscope apparatus of Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-73166, the front structure and the rear structure are connected by screws to advance the front structure in proportion to the extension displacement of the screw, and then the rear structure is proportional to the shrinkage displacement of the screw. Pulling forward together, but the screw can be rotated two times in the forward and reverse directions, so that only one forward movement can be made, and it is difficult to quickly inspect, and the front and rear structures are integrally connected by the screw to form a long inner wall. In this case, there is a problem that smooth progress is difficult and organs are damaged between the front structure and the rear structure.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 나선형 표면 구조를 가지는 회전체를 이용함에 있어서, 장기 내벽과 무리하게 접촉되는 것을 방지할 수 있으면서도 장기 내벽의 형상에 맞추어 진행방향을 원활하게 전환, 제어가능하며, 간단한 구조로 구현가능하여 소형, 경량 및 저렴한 단가로 제작, 적용가능한 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention devised to solve the above problems, while using a rotating body having a helical surface structure, while preventing excessive contact with the inner wall of the organ, while smoothly moving the direction according to the shape of the inner wall of the organ It is an object of the present invention to provide an in vivo mobile robot having a spiral surface structure that can be converted, controlled, and implemented in a simple structure, and manufactured and applied at a small size, light weight, and low cost.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 모터(1)가 장착되며, 전후방으로의 연장길이를 가지는 다수의 직선형 돌기(11)가 표면 둘레에 형성되어 상기 직선형 돌기(11)의 돌출높이와 갯수에 비례하는 표면 회전 마찰력을 가지는 직선돌기 직진체(10); 상기 직선돌기 직진체(10) 후방에 이격되게 설치되며, 표면 둘레에 나선형 돌기(21)가 전후방으로 연속형성되어 회전수에 비례하여 전방으로의 직진 이동변위를 가지는 나선돌기 회전체(20); 및 상기 나선돌기 회전체(20)가 상기 직선돌기 직진체(10)에 장착된 상기 모터의 회전축(1a)에 연동되어 회전되고, 상기 직선돌기 직진체(10)가 상기 나선돌기 회전체(20)의 직진 이동변위에 연동되어 직진이동되도록, 상기 모터의 회전축(1a)과 상기 나선돌기 회전체(20)를 축이음하며, 상기 직선돌기 직진체(10)와 나선돌기 회전체(20) 상호간에 임의의 상대각도를 형 성가능하도록 전후 길이방향의 일부 또는 전체가 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성되는 연질 연결체(30);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇를 기술적 요지로 한다.In the present invention for achieving the above object, the motor 1 is mounted, a plurality of linear projections 11 having an extension length in the front and rear is formed around the surface and the height of the projection of the linear projections 11 and A straight protrusion straight body 10 having a surface rotation friction force proportional to the number; A spiral protrusion rotating body 20 spaced apart from the straight protrusion straight body 10 and having a helical protrusion 21 continuously formed in front and rear around a surface thereof and having a straight movement displacement toward the front in proportion to the number of revolutions; And the spiral protrusion rotating body 20 is rotated in association with the rotation shaft 1a of the motor mounted on the straight protrusion straight body 10, and the straight protrusion straight body 10 is rotated by the spiral protrusion rotating body 20. The rotary shaft 1a and the spiral protrusion rotating body 20 of the motor are pivoted so that the linear movement is interlocked with the straight movement displacement of the motor, and the linear protrusion straight body 10 and the spiral protrusion rotating body 20 are mutually connected. A living body having a helical surface structure, comprising: a soft connector 30 composed of a flexible material capable of flexibly bending part or all of the front and rear longitudinal directions so as to form any relative angle thereon. My mobile robot is a technical point.

여기서, 상기 직선돌기 직진체(10)는, 진행방향의 전방단부에 카메라 모듈(2)이 장착되는 것이 바람직하다.Here, the linear protrusion straight body 10, the camera module 2 is preferably mounted to the front end in the advancing direction.

또한, 상기 나선돌기 회전체(20)는, 0.2 이하의 낮은 마찰계수를 가지는 DLC(diamond-like carbon) 코팅층(미도시)이 표면에 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the spiral protrusion rotating body 20 has a DLC (diamond-like carbon) coating layer (not shown) having a low coefficient of friction of 0.2 or less formed on a surface thereof.

그리고, 상기 나선돌기 회전체(20)는, 상기 나선형 돌기(21)를 포함한 전체가 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the spiral protrusion rotating body 20 is preferably made of a soft material that can be flexibly deformed in its entirety including the spiral protrusion 21.

또한, 상기 나선돌기 회전체(20)는, 상기 나선돌기 회전체(20)의 길이방향을 따라 연속하여 중공형성된 중공부(22)가 구비되어, 설정압을 초과하여 외압이 작용하는 경우 외압의 초과정도에 비례하여 외경이 유연하게 축소변형되는 것이 바람직하다.In addition, the spiral protrusion rotating body 20 is provided with a hollow portion 22 continuously hollowed along the longitudinal direction of the spiral protrusion rotating body 20, when the external pressure acts in excess of the set pressure, It is desirable that the outer diameter be flexibly deformed in proportion to the degree of excess.

그리고, 상기 나선돌기 회전체(20)는, 진행방향의 후방단부에 생체 외부 취출용 와이어(5)가 연결되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the spiral protrusion rotating body 20 is connected to the living body taking-out wire 5 at the rear end in the advancing direction.

또한, 상기 연질 연결체(30)는, 상기 모터의 회전축(1a)에 연결되는 연질소재의 전방연결부; 상기 전방연결부의 후방단부에 전달된 회전각 변위와 동일한 회전각 변위를 가지도록, 경질소재로 구성되어 상기 전방연결부의 후방단부에 연결되는 경질계합부(31); 상기 경질계합부(31)의 회전각 변위와 동일한 회전각 변위를 가지도록, 경질소재로 구성되어 상기 경질계합부(31)에 계합되는 경질피계합 부(32); 및 상기 경질계합부(31) 및 피경질계합부(31)의 회전각 변위가 상기 나선돌기 회전체(20)에 전달되도록, 전방단부가 상기 경질피계합부(32)에 연결되고, 후방단부가 상기 나선돌기 회전체(20)에 연결되는 연질소재의 후방연결부(33);를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the flexible connector 30, the front connection portion of the soft material is connected to the rotating shaft (1a) of the motor; A hard engagement portion 31 formed of a hard material and connected to the rear end of the front connection portion to have a rotation angle displacement equal to the rotation angle displacement transmitted to the rear end of the front connection portion; A hard skin engaging portion 32 composed of a hard material and engaged with the hard engaging portion 31 to have the same rotation angle displacement as that of the hard engaging portion 31; And the front end is connected to the hard joint part 32 so that the rotation angle displacement of the hard engagement part 31 and the hard engagement part 31 is transmitted to the spiral protrusion rotating body 20. It is preferably configured to include; the rear connecting portion 33 of the soft material is connected to the spiral protrusion rotating body (20).

그리고, 상기 연질 연결체(30)는, 전체가 연질소재로 형성되어, 상기 모터의 회전축(1a)에 전방단부가 연결되고 상기 나선돌기 회전체(20)에 후방단부가 연결되는 것이 바람직하다.In addition, the soft connecting body 30 is formed of a soft material as a whole, the front end is connected to the rotating shaft (1a) of the motor, it is preferable that the rear end is connected to the spiral protrusion rotating body (20).

또한, 모터(1)가 중앙에 장착, 고정되며, 전후방으로의 연장길이를 가지는 다수의 직선형 돌기(11)가 표면 둘레에 형성되어 상기 직선형 돌기(11)의 높이와 갯수에 비례하는 표면 회전 마찰력을 가지는 직선돌기 직진체(10); 상기 직선돌기 직진체(10) 후방에 이격되게 설치되고, 표면 둘레에 나선형 돌기(21)가 전후방으로 연속형성되어 회전수에 비례하여 전방으로의 직진 이동변위를 가지며, 중앙에 제1연장홀(24)이 전후방으로 관통형성된 나선돌기 회전체(20); 상기 직선돌기 직진체(10) 중앙에 위치되는 모터의 회전축(1a)과 상기 나선돌기 회전체(20)의 중앙부를 축이음하며, 상기 직선돌기 직진체(10)와 나선돌기 회전체(20) 상호간에 임의의 상대각도를 형성가능하도록 전후 길이방향의 일부 또는 전체가 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성되고, 중앙에 상기 제1연장홀(24)에 연통되는 제2연장홀(34)이 연속형성되는 연질 연결체(30); 상기 모터의 회전축(1a)에 연결형성되는 제1기어부(41), 상기 연질 연결체(30)의 전방부에서 상기 와이어(5) 연장홀 둘레에 연결형성되는 제2기어부(42), 상기 제1기어부(41)와 제2기어부(42) 사이에 상기 제 1, 2연장홀(24, 34)에 연통되는 이격공간(44)을 제공하면서 상기 제1기어부(41)와 제2기어부(42)를 기어연결하는 제3기어부(43)가 구비되는 기어박스(40); 및 전방단부가 상기 제1, 2연장홀(24, 34) 및 기어박스의 이격공간(44)을 순차적으로 통과하여 상기 직선돌기 직진체(10)에 연결되어, 상기 나선돌기 회전체(20)와 연질 연결체(30)의 회전력을 전달받지 않고 상기 직선돌기 직진체(10)의 직선이동변위에 대응되는 이동변위만을 가지는 와이어(5);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇를 다른 기술적 요지로 한다.In addition, the motor 1 is mounted and fixed in the center, and a plurality of linear projections 11 having an extension length in the front and rear is formed around the surface, the surface rotation friction force proportional to the height and the number of the linear projections 11 Straight protrusion straight body 10 having a; The straight protrusions 10 are spaced apart from the rear, and the spiral protrusions 21 are continuously formed in front and rear around the surface to have a straight movement displacement in the forward proportional to the rotational speed, and the first extension hole ( A spiral protrusion rotating body (24) through which front and rear are formed; The rotary shaft (1a) of the motor located in the center of the linear projection straight body 10 and the central portion of the spiral projection rotating body 20 is axially coupled, the linear projection straight body 10 and the spiral projection rotating body 20 Part or whole of the longitudinal direction in the front and rear direction is made of a flexible material that can be flexibly deformed so as to form arbitrary relative angles with each other, and a second extension hole 34 communicating with the first extension hole 24 in the center is Continuously connected soft connector 30; A first gear part 41 connected to the rotating shaft 1a of the motor, a second gear part 42 connected to the wire 5 extension hole at a front part of the flexible connector 30, The first gear part 41 and the first gear part 41 and the second gear part 42 are provided between the first gear part 41 while providing a space 44 to communicate with the first and second extension holes 24 and 34. A gear box 40 having a third gear part 43 for connecting the second gear part 42 to the gear; And a front end part is sequentially passed through the first and second extension holes 24 and 34 and the spaced space 44 of the gear box, and is connected to the linear protrusion straight body 10, and the spiral protrusion rotating body 20 is provided. And a wire (5) having only a displacement displacement corresponding to a linear displacement displacement of the linear protrusion straight body (10) without receiving the rotational force of the soft connector (30). Eggplant is another technical subject to an in vivo mobile robot.

그리고, 상기 와이어(5)는, 생체 외부로 인출하기 위한 가압력을 전달하는 인출수단인 것이 바람직하다.In addition, the wire 5 is preferably a drawing means for transmitting the pressing force for drawing out to the outside of the living body.

또한, 상기 와이어(5)는, 생체 내부에 삽입된 상태의 상기 모터(1)에 생체 외부에서 전력을 공급하는 전력공급수단인 것도 바람직하다.In addition, the wire 5 is preferably a power supply means for supplying power from the outside of the living body to the motor 1 in the state inserted into the living body.

그리고, 직선형 돌기(11)와 생체 내벽과의 마찰에 의해 전후방으로의 이동변위만을 가지는 직선돌기 직진체(10)와, 나선형 돌기(21)와 생체 내벽과의 접속에 의해 회전이동변위를 가지는 나선돌기 회전체(20)를, 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성된 연질 연결체(30)로 연결하여, 상기 나선돌기 회전체(20)의 회전에 의해 생성되는 직진 이동변위에 대응되는 변위로 상기 직선돌기 직진체(10)를 이동시킴과 동시에, 생체 내벽의 굴곡형상에 따라 이에 순응하여 상기 연질 연결체(30)가 굴곡되면서 이동이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇의 구동방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.Then, a straight protrusion straight body 10 having only a displacement displacement in the front and rear directions by friction between the straight protrusion 11 and the biological inner wall, and a spiral having a rotation displacement displacement by the connection between the spiral protrusion 21 and the biological inner wall. The protrusion rotating body 20 is connected to the flexible connecting body 30 made of a soft material that can be flexibly deformed, and the displacement is corresponding to the straight movement displacement generated by the rotation of the spiral protrusion 20. In vivo movement type having a helical surface structure, characterized in that to move the linear protrusion straight body 10, and at the same time to conform to the bending shape of the inner wall of the living body to be moved while the flexible connector 30 is bent. The driving method of the robot is another technical point.

여기서, 모터(1)의 몸체부는 상기 직선돌기 직진체(10)에 장착, 고정되고 상 기 모터의 회전축(1a)은 상기 연질 연결체(30)에 연결되어, 상기 직선돌기 직진체(10)의 회전 정지 마찰력을 토대로 상기 나선돌기 회전체(20)의 스크류 회전 및 이동이 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the body portion of the motor 1 is mounted and fixed to the linear protrusion straight body 10 and the rotating shaft (1a) of the motor is connected to the soft connecting body 30, the straight protrusion straight body 10 It is preferable that the screw rotation and the movement of the spiral protrusion rotating body 20 is made based on the rotation stop frictional force of the.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명은, 직선돌기 직진체의 직선형 돌기가 제공하는 표면회전 마찰력에 의해 점탄성체인 장기 내벽상에 안정되게 접속, 지지된 상태에서, 나선돌기 회전체의 나선형 돌기가 그 회전수 및 단위길이당 권선수에 비례하여 직진 이동변위를 명확하게 형성하게 된다는 효과가 있다.According to the present invention, the spiral protrusion of the spiral protrusion rotating body is stably connected and supported on the long-term inner wall of the viscoelastic body by the surface rotation frictional force provided by the straight protrusion of the straight protrusion straight body. There is an effect that the straight movement displacement is clearly formed in proportion to the number and the number of turns per unit length.

또한, 나선돌기 회전체의 회전에 의해 생성되는 직진 이동변위에 대응되는 변위로 로봇 전체의 전, 후진이 명확하게 이루어지게 됨에 따라, 나선형 구조체를 이용한 기존의 구조와 비교하여, 나선 구동 메커니즘의 추진효율과 작동 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.In addition, the forward and backward movements of the entire robot are clearly made by the displacement corresponding to the straight movement displacement generated by the rotation of the spiral protrusion, and the propulsion of the spiral drive mechanism is compared with the conventional structure using the spiral structure. There is another effect of further improving efficiency and operational reliability.

또한, 직선돌기 직진체와 나선돌기 회전체를 유연하게 굴곡변형 가능한 연질 연결체로 연결함으로써, 생체 내벽의 굴곡형상에 적응하여 연질 연결체가 자연히 굴곡되면서 생체 내벽의 형상에 맞추어 방향의 전환이 자동으로 이루어지게 되어 보다 향상된 추진효율을 확보할 수 있다는 다른 효과가 있다.In addition, by connecting the linear straight body and the spiral projection body with a flexible connector that can be flexed and deformed flexibly, it adapts to the shape of the inner wall of the living body, and the flexible connecting body naturally bends, and the direction is automatically changed according to the shape of the inner wall of the body. There is another effect that it is possible to obtain improved propulsion efficiency.

그리고, 나선형 표면 구조를 가지는 회전체를 이용함에 있어서, 장기에 작용하게 되는 회전 접촉압력이 전, 후방에서 직선형 돌기와 나선형 돌기로 분산되어 작용하게 되어, 나선형 돌기가 장기 내벽과 무리하게 접촉, 고착되는 것을 방지할 수 있어 의학적 안전성을 보다 향상시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.In addition, in using a rotating body having a spiral surface structure, the rotational contact pressure acting on the organs is dispersed and acted by the linear and spiral projections from the front and the rear, so that the spiral projections are in excessive contact with and fixed to the internal walls of the organs. There is another effect that can be prevented to further improve the medical safety.

또한, 모서리 부분을 라운딩 처리하고, 표면 거칠기를 개선하여 의학적 안전성을 확보하는 외에도, 나선돌기 회전체의 표면에 생체적합성과 저마찰 특성을 가지는 코팅층을 형성하여, 생체 표면과 최소한의 고착이 이루어진 상태에서, 즉, 나선형 돌기와 장기 내벽간의 마찰력이 아닌 나선형 돌기의 형상적인 특성만이 작용하는 상태로, 구동, 사용이 이루어지게 함으로써 생체 표면의 손상을 최소화 할 수 있어 의학적 안전성을 보다 향상시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.In addition to rounding the corners and improving the surface roughness to ensure medical safety, a coating layer having biocompatibility and low friction properties is formed on the surface of the spiral protrusion rotating body to minimize adhesion to the surface of the living body. In other words, it is possible to minimize the damage on the surface of the living body by driving and using the helical protrusion, which is not the frictional force between the helical protrusion and the inner wall of the organ. It works.

또한, 직선형 돌기의 높이와 갯수에 비례하는 표면 회전 마찰력을 부여하게 되고, 나선형 돌기의 회전수 및 단위길이당 권선수에 비례하여 전방으로의 직진 이동변위를 부여하게 되므로, 응용될 의료 환경 및 조건을 고려하여 직선형 돌기의 길이, 갯수, 나선형 돌기의 돌출높이, 단위 길이당 권선수 등의 인자를 적절하게 조정하여 적용함으로써 추진효율을 최적화시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.In addition, the surface rotation friction force is given in proportion to the height and the number of the linear protrusions, and the straight movement displacement in the forward direction is given in proportion to the number of turns and the number of turns per unit length, the medical environment and conditions to be applied In consideration of this, there are other effects that the propulsion efficiency can be optimized by appropriately adjusting and applying factors such as the length, number of straight protrusions, the protrusion height of the spiral protrusion, and the number of turns per unit length.

그리고, 생체내 이동형 로봇의 진행과 장기의 형상에 따른 방향전환이 장기 내벽과의 무리한 접속없이 원활하고 안전하게 이루어질 수 있어 작동 신뢰성과 안전성을 확보할 수 있으며, 하나의 모터와 나선형 구조체를 구비한 간단한 구조로 구현가능하여 소형, 경량 및 저렴한 단가로 제작가능함에 따라, 생체내 이동형 로봇의 상용화에 크게 기여할 수 있다는 다른 효과가 있다.In addition, it is possible to ensure the operation reliability and safety without the excessive connection with the inner wall of the organ, and the direction change depending on the shape of the organ and the movement of the mobile robot in vivo. As it can be implemented in a structure and can be manufactured at a small size, light weight, and low cost, there is another effect that can greatly contribute to the commercialization of a mobile robot in vivo.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 나선형 표면 구조를 가지는 생체 내 이동형 로봇 및 그 구동방법을 다음의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.An in vivo mobile robot having a spiral surface structure and a driving method thereof according to the present invention having the above configuration will be described in more detail with reference to the following drawings.

도 1은 본 발명에 따른 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇의 제1실시예를 도시한 측면도이고, 도 2는 도 1의 요부종단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇의 제2실시예를 도시한 요부종단면도이고, 도 4는 직선형 돌기의 갯수에 따른 직선돌기 회전체의 다양한 실시예를 도시한 사시도이고, 도 5는 나선돌기 회전체의 사시도이다.1 is a side view showing a first embodiment of an in vivo mobile robot having a spiral surface structure according to the present invention, Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view of the main part of Figure 1, Figure 3 has a spiral surface structure according to the present invention Fig. 4 is a sectional view of a main part showing a second embodiment of an in vivo mobile robot, and Fig. 4 is a perspective view showing various embodiments of a linear protrusion rotating body according to the number of linear protrusions, and Fig. 5 is a perspective view of a spiral protrusion rotating body. .

도 6은 나선형 돌기의 돌출높이에 따른 나선돌기 회전체의 다양한 실시예를 도시한 측면도이고, 도 7a 내지 7c는 도 6에 도시된 나선돌기 회전체가 생체 장기 표면과 10 gf의 접촉력으로 접촉되고 35rpm으로 회전중인 상태에서 발생되는 추진력을 측정한 것을 표시한 그래프이며, 도 8은 나선형 돌기의 권선횟수 및 각도에 따른 나선돌기 회전체의 다양한 실시예를 도시한 측면도이고, 6 is a side view illustrating various embodiments of the spiral protrusion rotating body according to the height of the protrusion of the spiral protrusion, and FIGS. 7A to 7C are the spiral protrusion rotating body shown in FIG. It is a graph showing the measurement of the propulsion force generated in the state of rotating at 35rpm, Figure 8 is a side view showing various embodiments of the spiral protrusion rotating body according to the number and angle of winding of the spiral protrusion,

본 발명에 따른 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇의 제1실시예는, 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 크게 직선돌기 직진체(10), 나선돌기 회전체(20), 연질 연결체(30)로 이루어지며, 상기 직선돌기 직진체(10)의 표면 둘레에는 다수의 직선형 돌기(11)가 형성되고, 상기 나선돌기 회전체(20)의 표면 둘레에는 다수의 나선형 돌기(21)가 형성되며, 상기 연질 연결체(30)는 연질소재로 구성되어 상기 직선돌기 직진체(10)와 나선돌기 회전체(20)를 연결하는 구조를 가진다.In the first embodiment of the in vivo mobile robot having a spiral surface structure according to the present invention, as shown in Figs. 1 and 2, the linear projection straight body 10, the spiral projection body 20, the flexible connector 30, a plurality of straight protrusions 11 are formed around the surface of the straight protrusion 10, and a plurality of spiral protrusions 21 are formed around the surface of the spiral protrusion 20. Is formed, the soft connector 30 is made of a soft material has a structure for connecting the linear projection straight body 10 and the spiral projection rotating body 20.

상기 직선돌기 직진체(10)는, 전후방으로의 연장길이를 가지는 다수의 직선 형 돌기(11)가 표면 둘레에 형성되어 상기 직선형 돌기(11)의 높이와 갯수에 비례하는 표면 회전 마찰력을 가지며, 상기 나선돌기 회전체(20)에 회전구동력을 제공하는 모터(1)가 장착되고, 진행방향의 전방단부에 카메라 모듈(2)이 장착된다.The linear protrusion straight body 10 has a number of linear protrusions 11 having an extension length in the front and rear is formed around the surface has a surface rotation friction force proportional to the height and the number of the linear protrusions 11, A motor 1 for providing a rotation driving force is mounted on the spiral protrusion rotating body 20, and a camera module 2 is mounted at a front end in a traveling direction.

도 4의 (a), (b), (c)는 상기 직선형 돌기(11)의 갯수에 따른 직선돌기 회전체(10)의 다양한 실시예를 도시한 사시도로, 상기 직선돌기 회전체(10)의 원통형 몸체부의 전, 후방 전길이에 걸쳐 일정한 돌출높이로 형성된 상기 직선형 돌기(11)가, 각각 6개, 10개, 20개소로 이격형성된 구조를 가지며, 상기 직선형 돌기(11)의 높이와 갯수에 비례하여 도 4의 (a) < 도 4의 (b) < 도 4의 (c)에 해당되는 표면 회전 마찰력을 부여하게 된다.4A, 4B, and 4C are perspective views illustrating various embodiments of the linear protrusion rotating body 10 according to the number of the linear protrusions 11, and the linear protrusion rotating body 10 is illustrated. The linear protrusions 11 formed at a constant protrusion height over the entire length of the front and rear of the cylindrical body of the, has a structure spaced apart into 6, 10, 20 places, respectively, the height and number of the linear protrusions 11 In proportion to (a) <FIG. 4 (b) <FIG. 4 (c) to give a surface rotational friction force.

상기 나선돌기 회전체(20)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 직선돌기 직진체(10) 후방에 이격되게 설치되며, 표면 둘레에 나선형 돌기(21)가 전후방으로 연속형성되어 회전수에 비례하여 전방으로의 직진 이동변위를 가지며, 생체적합성과 0.2 이하의 낮은 마찰계수를 가지는 DLC(diamond-like carbon) 코팅층(미도시)이 표면에 형성된다.As shown in FIG. 5, the spiral protrusion rotating body 20 is installed to be spaced apart from the rear of the straight protrusion straight body 10, and the spiral protrusion 21 is continuously formed forward and backward around the surface to rotate the rotating speed. A diamond-like carbon (DLC) coating layer (not shown) having a straight forward displacement in proportion and having a biocompatibility and a low coefficient of friction of 0.2 or less is formed on the surface.

DLC(diamond-like carbon)는 sp1, sp2와 sp3 혼성결합이 뒤섞여 있는 구조를 가지는 비정질 탄소 물질로, DLC 코팅은 비결정질의 탄소계 신소재로서 플라즈마 중의 탄소이온이나 활성화된 탄화수소 분자를 전기적으로 가속하여 높은 운동에너지로 기판에 충돌시킴으로써 생성되며, 뛰어난 경도와 내마모성, 전기절연성, 높은 광투과성, 굴절률, 화학적 안정성 및 내부식성, 다른 금속과의 내응착성, 고체 윤활막인 MoS₂에 버금가는 낮은 마찰계수를 가진다.DLC (diamond-like carbon) is an amorphous carbon material with a mixture of sp1, sp2 and sp3 hybrid bonds. DLC coating is an amorphous carbon-based new material that accelerates carbon ions or activated hydrocarbon molecules in plasma to It is produced by impinging the substrate with kinetic energy and has excellent hardness, wear resistance, electrical insulation, high light transmittance, refractive index, chemical stability and corrosion resistance, adhesion to other metals, and low friction coefficient comparable to that of MoS₂, a solid lubricant film. .

도 6의 (a), (b), (c)는 상기 나선형 돌기(21)의 돌출높이에 따른 나선돌기 회전체(20)의 다양한 실시예를 도시한 측면도로, 상기 나선돌기 회전체(20)의 직경 10 mm의 원통형 몸체부의 전, 후방 전길이를 단위길이로 하여, 단위길이당 6회의 권선수를 가지는 상기 나선형 돌기(21)가, 각각 1mm, 0.75mm, 0.5mm의 돌출높이를 가진다.6 (a), 6 (b) and 6 (c) are side views illustrating various embodiments of the spiral protrusion rotating body 20 according to the height of the protrusion of the spiral protrusion 21, and the spiral protrusion rotating body 20 is shown. The spiral protrusion 21 having six turns per unit length has a protrusion height of 1 mm, 0.75 mm, and 0.5 mm, respectively, with front and rear full lengths of a cylindrical body having a diameter of 10 mm) as a unit length. .

도 7a, 7b, 7c는, 도 6의 (a), (b), (c) 각각에 도시된 상기 나선돌기 회전체(20)를 돼지 소장 내벽 표면위체 10 gf의 하중으로 접촉시키고, 35rpm의 회전 속도로 회전시킨 상태에서, 축방향으로 발생되는 추진력을 35초간 측정한 것을 표시한 그래프로, 0.75 mm의 돌출높이를 갖는 나선형 돌기(21)가 형성된 로봇이 약 9 gf 내외의 가장 큰 추진력을 가지는 것을 확인할 수 있으며, 이를 돼지 소장 내부에 넣어 구동실험을 수행하였을 때 162 mm/min 에 해당되는 빠른 속도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.7A, 7B, and 7C show that the spiral protrusion 20 shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C is contacted with a load of 10 gf on the surface of the inner wall of the pig small intestine at 35 rpm; In the graph showing the measurement of the propulsion force generated in the axial direction for 35 seconds while rotating at the rotational speed, the robot with the spiral protrusion 21 having a projecting height of 0.75 mm exhibited the greatest propulsion force of about 9 gf. It can be confirmed that, and when it was put into the pig small intestine when performing a driving experiment was confirmed that it has a fast speed corresponding to 162 mm / min.

도 8의 (a), (b), (c)는 상기 나선형 돌기(21)의 권선횟수 및 각도에 따른 나선돌기 회전체(20)의 다양한 실시예를 도시한 측면도로, 상기 나선돌기 회전체(20)의 직경 10 mm의 원통형 몸체부의 전, 후방 전길이를 단위길이로 하여, 0.75mm의 돌출높이를 가지는 상기 나선형 돌기(21)가 단위길이당 각각 6회, 3회, 1.5회의 권선수를 가지며, 상기 나선형 돌기(21)의 권선수에 비례하여 도 8의 (a) > 도 8의 (b) > 도 8의 (c)에 해당되는 직선 이동변위 및 속도를 가지게 된다.8A, 8B, and 8C are side views illustrating various embodiments of the spiral protrusion rotating body 20 according to the winding number and angle of the spiral protrusion 21, and the spiral protrusion rotating body is shown in FIG. The spiral protrusions 21 having a projecting height of 0.75 mm are 6, 3 and 1.5 turns per unit length, respectively, with the front and rear full lengths of the cylindrical body portion having a diameter of 10 mm as the unit length. It has a linear movement displacement and speed corresponding to Figure 8 (a)> Figure 8 (b)> Figure 8 (c) in proportion to the number of turns of the spiral projection (21).

상기 나선돌기 회전체(20)는, 경질소재로 구성되어도 무방하나, 상기 나선형 돌기(21)를 포함한 전체를 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성하면 상기 나 선돌기 회전체(20)를 구성하는 연질소재의 물성 및 형상 특성에 의해 형성되는 설정압을 초과한 무리한 압력으로 상기 나선돌기 회전체(20)가 생체 장기 내벽과 접촉되는 것을 방지할 수 있다.The spiral protrusion rotating body 20 may be made of a hard material, but if the whole including the spiral protrusion 21 is made of a soft material that can be flexibly deformed, the spiral protrusion rotating body 20 may be formed. It is possible to prevent the spiral protrusion rotating body 20 from contacting the inner wall of the living body organ with an excessive pressure exceeding the set pressure formed by the physical properties and the shape characteristics of the soft material.

또한, 상기 나선돌기 회전체(20)를 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성함에 있어서는, 상기 나선돌기 회전체(20)의 길이방향을 따라 연속하여 중공형성된 중공부(22)를 형성하면, 설정압을 초과하여 상기 나선돌기 회전체(20)에 외압이 작용하는 경우 외압의 초과정도에 비례하여 상기 중공부(22)측으로 외면부가 자연히 밀려 이동되면서 외경이 유연하게 축소되고, 초과 외압이 작용하지 않으면 원래 형태로 복귀되는 변형이 자동으로 이루어지게 된다.In addition, when the spiral protrusion rotating body 20 is formed of a flexible material that can be flexibly deformed, the hollow protrusion 22 continuously formed along the longitudinal direction of the spiral protrusion rotating body 20 is formed. When the external pressure acts on the spiral protrusion rotating body 20 in excess of the pressure, the outer diameter is naturally pushed to the hollow part 22 side in proportion to the excess degree of the external pressure, and the outer diameter is flexibly reduced, and the excess external pressure does not work. Otherwise, the deformation is returned to its original form automatically.

상기 나선돌기 회전체(20)의 후방단부에 생체 외부 취출용 와이어(5)를 상기 나선돌기 회전체(20)에 대해 자유롭게 회전가능하도록 베어링 연결하면, 상기 나선돌기 회전체(20)가 회전되더라도 상기 와이어(5)는 이에 연동하여 회전되지 않으면서, 상기 나선돌기 회전체(20)의 직선 이동변위에 해당되는 변위로만 함께 이동하게 되어, 그 꼬임이 방지되며, 본 발명을 생체 내에 삽입하여 필요한 내시경 검사를 완료한 후에는 상기 와이어(5)를 이용하여 본 발명을 생체 외부로 신속하게 강제 인출할 수 있다.If the bearing connection body 5 to the rear end of the spiral projection rotating body 20 to be freely rotatable with respect to the spiral projection rotating body 20, even if the spiral projection rotating body 20 is rotated The wire 5 is not rotated in conjunction with this, and moves together only at a displacement corresponding to a linear movement displacement of the spiral protrusion 20, the twist is prevented, it is necessary to insert the present invention in vivo After the endoscopy is completed, the present invention can be quickly forced out of the living body using the wire 5.

상기 연질 연결체(30)는, 상기 나선돌기 회전체(20)가 상기 직선돌기 직진체(10)에 장착된 상기 모터의 회전축(1a)에 연동되어 회전되고, 상기 직선돌기 직진체(10)가 상기 나선돌기 회전체(20)의 직진 이동변위에 연동되어 직진이동가능하도록 상기 모터의 회전축(1a)과 상기 나선돌기 회전체(20)를 축이음하며, 상기 직 선돌기 직진체(10)와 나선돌기 회전체(20) 상호간에 임의의 상대각도를 형성가능하도록 전후 길이방향의 일부 또는 전체가 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성된다.The flexible connector 30 is rotated in conjunction with the rotating shaft (1a) of the motor is mounted on the linear projection straight body 10, the spiral projection rotating body 10, the straight projection straight body 10 Is coupled to the linear movement displacement of the spiral projection rotating body 20 and the axis of rotation of the rotating shaft (1a) and the spiral projection rotating body 20 of the motor to the linear movement, the linear projection straight body (10) And the spiral protrusion rotating body 20 is composed of a flexible material capable of flexibly deforming a part or the whole in the longitudinal direction to form an arbitrary relative angle between each other.

상기 연질 연결체(30)를 형성함에 있어서는 상기 나선돌기 회전체(20)에 일체로 연결형성하고 그 전방단부를 상기 모터의 회전축(1a)에 조립이나 접착 등의 방식으로 고정, 연결시킴으로써 간단하게 구현가능하다.In forming the soft connecting body 30, it is simply formed by integrally connecting to the spiral protrusion rotating body 20 and fixing and connecting the front end to the rotating shaft 1a of the motor by assembling or bonding. Implementable

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 경질소재로 구성되어 상기 모터의 회전축(1a)에 연결되는 경질계합부(31)와, 경질소재로 구성되어 상기 경질계합부(31)에 계합되는 경질피계합부(32)와, 상기 경질계합부(31) 및 피경질계합부(31)의 회전각 변위가 상기 나선돌기 회전체(20)에 전달되도록, 전방단부가 상기 경질피계합부(32)에 연결되고, 후방단부가 상기 나선돌기 회전체(20)에 연결되는 연질소재의 후방연결부(33)로 구성할 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 2, the hard joint part 31 composed of a hard material and connected to the rotation shaft 1a of the motor, and the hard skin part composed of a hard material and engaged with the hard joint part 31. The front end portion is connected to the hard skin portion 32 so that the rotation angle displacement of the sum portion 32 and the hard engagement portion 31 and the hard engagement portion 31 is transmitted to the spiral protrusion rotating body 20. The rear end portion may be configured as a rear connection portion 33 of a soft material connected to the spiral protrusion rotating body 20.

상기와 같은 실시예를 적용함에 있어서는, 상기 모터의 회전축(1a)의 후단부가 상기 직선돌기 직진체(10) 내측에 위치되는지 또는 후방에 돌출되어 위치되는지에 따라, 상기 연질 연결체(30)의 전후 길이방향의 전체가 유연하게 굴곡변형되는지, 일부가 유연하게 굴곡변형되는지가 결정되게 된다.In applying the above embodiment, depending on whether the rear end of the rotary shaft (1a) of the motor is located inside the linear protrusion straight body 10 or protruded to the rear, the flexible connector 30 Whether the entire front and rear longitudinal direction is flexibly deformed or partly flexibly deforms is determined.

상기 연질 연결체(30)는, 연질소재의 길이 비중이 커질수록 굴곡변형정도의 유연성은 향상되나, 상기 모터(1)의 회전력이 상기 나선돌기 회전체(20)에 명확하게 전달되기 어려우므로, 본 발명이 적용되는 신체 및 내장의 점막 상태, 의료 환경 및 조건 등을 고려하여 적정한 연질소재 길이를 적용하는 것이 바람직하다.The soft connector 30, the flexibility of the degree of bending deformation improves as the length specific gravity of the soft material increases, but it is difficult to clearly transmit the rotational force of the motor 1 to the spiral protrusion 20, It is preferable to apply an appropriate soft material length in consideration of mucosal conditions, medical environment and conditions of the body and intestine to which the present invention is applied.

본 발명에 따른 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇의 제2실시예는, 도 3에 도시된 바와 같이, 크게 직선돌기 직진체(10), 나선돌기 회전체(20), 연질 연결체(30), 기어박스(40), 와이어(5)로 이루어지며, 상기 연질 연결체(30)가 상기 기어박스(40)에 구비된 다수의 기어를 매개로 하여 상기 직선돌기 직진체(10)와 나선돌기 회전체(20)를 연결하고, 상기 와이어(5)가 상기 나선돌기 회전체(20), 연질 연결체(30), 기어박스(40)에 형성된 중공의 공간을 이용해 상기 직선돌기 직진체(10)에서 상기 나선돌기 회전체(20) 후방까지 연장되는 구조를 가진다.As shown in FIG. 3, the second embodiment of the in vivo mobile robot having a spiral surface structure according to the present invention has a linear straight protrusion 10, a spiral protrusion 20, and a soft connector 30. ), The gearbox 40, the wire (5), the soft connector 30 is the spiral through the linear straight body (10) via a plurality of gears provided in the gearbox (40) The protrusion rotating body 20 is connected, and the wire 5 is formed using the hollow space formed in the spiral protrusion rotating body 20, the soft connecting body 30, and the gear box 40. 10) has a structure extending to the rear of the spiral protrusion rotating body (20).

본 발명에 따른 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇의 제2실시예의 상기 직선돌기 직진체(10), 나선돌기 회전체(20)의 표면구조, 연질 연결체(30)의 연결구조에 있어서는 상기 본 발명에 따른 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇의 제1실시예와 동일한 바, 그 상세한 설명의 중복을 생략하고, 이하에서는 상기 제1실시예와의 차이점을 가지는 구성에 대해 설명하기로 한다.In the second embodiment of the in vivo mobile robot having a spiral surface structure according to the present invention, the linear structure straight line 10, the surface structure of the spiral projection body 20, the connection structure of the soft connector 30 is The same as the first embodiment of the in vivo mobile robot having a helical surface structure according to the present invention, the overlapping of the detailed description is omitted, and will be described below the configuration having a difference from the first embodiment .

상기 직선돌기 직진체(10)의 중앙에 모터(1)가 장착되며, 상기 나선돌기 회전체(20)의 중앙에 제1연장홀(24)이 전후방으로 관통형성되고, 상기 연질 연결체(30)는 상기 직선돌기 직진체(10) 중앙에 위치되는 모터의 회전축(1a)과 상기 나선돌기 회전체(20)의 중앙부를 축이음하고, 중앙에 상기 제1연장홀(24)에 연통되는 제2연장홀(34)이 연속형성된 구조를 가진다.The motor 1 is mounted in the center of the straight protrusion 10, the first extension hole 24 is formed through the front and rear in the center of the spiral protrusion rotating body 20, the soft connecting body 30 ) Is the shaft axis of the motor is located in the center of the linear projection straight body 10 and the central portion of the spiral projection rotating body 20 and the center is in communication with the first extension hole 24 in the center The two extension holes 34 have a continuous structure.

상기 기어박스(40)는, 제1기어부(41), 제2기어부(42), 제3기어부(43)를 구비한 구조를 가지며, 상기 제1기어부(41)는 상기 모터의 회전축(1a)에 연결형성되고, 상기 제2기어부(42)는 상기 연질 연결체(30)의 전방부에서 상기 제2연장홀(34) 둘레에 연결형성되며, 상기 제3기어부(43)는 상기 제1기어부(41)와 제2기어부(42) 사이에 상기 제1, 2연장홀(24, 34)에 연통되는 이격공간(44)을 제공하면서 상기 제1기어부(41)와 제2기어부(42)를 기어연결한다.The gearbox 40 has a structure including a first gear portion 41, a second gear portion 42, and a third gear portion 43, wherein the first gear portion 41 is formed of the motor. It is connected to the rotating shaft (1a), the second gear portion 42 is connected to the circumference of the second extension hole 34 in the front portion of the flexible connector 30, the third gear portion 43 ) Is provided between the first gear part 41 and the second gear part 42 while providing a separation space 44 communicating with the first and second extension holes 24 and 34. ) And the second gear part (42).

상기 와이어(5)는, 전방단부가 후방으로부터 상기 제1, 2연장홀(24, 34) 및 기어박스의 이격공간(44)을 순차적으로 통과하여 상기 직선돌기 직진체(10)에 연결되어, 상기 나선돌기 회전체(20)와 연질 연결체(30)의 회전력을 전달받지 않고 상기 직선돌기 직진체(10)의 직선이동변위에 대응되는 이동변위만을 가지게 된다.The wire 5, the front end is sequentially connected to the linear protrusion straight body 10 through the spaced space 44 of the first, second extension holes 24, 34 and the gear box from the rear, Without having to receive the rotational force of the spiral protrusion rotating body 20 and the soft connector 30 will have only the movement displacement corresponding to the linear displacement of the linear protrusion straight body (10).

상기 와이어(5)와 접촉이 이루어지게 되는 상기 나선돌기 회전체(20), 연질 연결체(30)의 내면부는 윤활제를 도포하거나 필름, 코팅재 등으로 표면을 매끄럽게 마감처리하는 방법 등에 의해, 상기 나선돌기 회전체(20)나 연질 연결체(30)의 자유로운 동작을 저해하지 않으면서도, 상기 나선돌기 회전체(20)나 연질 연결체(30)의 회전동작에 무관하게 상기 와이어(5)를 안정되게 연장, 연결할 수 있다.The inner surface of the spiral protrusion rotating body 20 and the soft connecting body 30, which are in contact with the wire 5, may be coated with a lubricant or may be smoothly finished with a film or a coating material. The wire 5 is stabilized regardless of the rotational operation of the spiral protrusion 20 or the soft connecting body 30 without impeding the free movement of the protrusion rotating body 20 or the soft connecting body 30. It can be extended and connected.

상기 와이어(5)는, 생체 외부로 인출하기 위한 가압력을 전달하는 인출수단일 수도 있으며, 상기 모터(1)에 전력을 공급하는 배터리(3)가 장착되지 않은 경우, 생체 내부에 삽입된 상태의 상기 모터(1)에 생체 외부에서 전력을 공급하는 전력공급수단일 수도 있다.The wire 5 may be a drawing means for transmitting a pressing force for drawing out to the outside of the living body, and when the battery 3 for supplying power to the motor 1 is not mounted, the wire 5 may be inserted into the living body. It may be a power supply means for supplying power to the motor 1 from the outside of the living body.

상기 모터(10)에 전력을 공급함에 있어서는, 본 발명의 제1실시예와 같이 상기 모터(1)에 전력을 공급하는 배터리(3)와, 상기 배터리(3)와 모터(1)의 작동여부 및 속도 등을 제어하는 컨트롤러(미도시)를 자체에 장착하거나, 본 발명의 제2실시 예와 같이 생체 외부의 전원공급장치와 연결하는 전력공급수단으로서의 와이어(5)를 상기 모터(1)에 연결시키는 실시예, 또는 전기적 접촉 브러시를 이용하는 기존의 공지기술 등을 적용하여 구현가능하다.In supplying power to the motor 10, as in the first embodiment of the present invention, whether the battery 3, and the battery 3 and the motor 1 to supply power to the motor 1 And a controller (not shown) for controlling speed and the like, or a wire 5 as a power supply means for connecting to a power supply device external to a living body, as in the second embodiment of the present invention, to the motor 1. It can be implemented by applying an embodiment to connect, or existing known techniques using an electrical contact brush.

본 발명은 상기와 같은 구성을 가지는 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇은, 상기 직선형 돌기(11)와 생체 내벽과의 마찰에 의해 전후방으로의 이동변위만을 가지는 상기 직선돌기 직진체(10)와, 상기 나선형 돌기(21)와 생체 내벽과의 접속에 의해 회전이동변위를 가지는 상기 나선돌기 회전체(20)를, 유연하게 굴곡변형 가능한 연질소재로 구성된 상기 연질 연결체(30)로 연결한 구성을 가진다.In the present invention, the in vivo mobile robot having a helical surface structure having the above configuration includes the straight protrusion straight body 10 having only the displacement displacement in the front and rear directions by friction between the straight protrusion 11 and the inner wall of the body. By connecting the spiral protrusion 21 and the biological inner wall, the spiral protrusion rotating body 20 having a rotational displacement is connected to the flexible connector 30 made of a soft material that can be flexibly deformed. Has

상기 모터(1)의 몸체부는 상기 직선돌기 직진체(10)에 장착하고, 상기 모터의 회전축(1a)은 상기 연질 연결체(30)에 연결하여, 상기 직선돌기 직진체(10)의 회전 정지 마찰력을 토대로 상기 나선돌기 회전체(20)의 스크류 회전 및 이동이 이루어지게 된다.The body of the motor 1 is mounted on the straight protrusion 10, and the rotary shaft 1a of the motor is connected to the soft connecting body 30, thereby stopping the rotation of the straight protrusion 10. The screw rotation and movement of the spiral protrusion rotating body 20 is made based on the friction force.

이에 따라, 상기 나선돌기 회전체(20)의 회전에 의해 생성되는 직진 이동변위에 대응되는 변위로 상기 직선돌기 직진체(10)를 이동시킴과 동시에, 생체 내벽의 형상에 따라 상기 연질 연결체(30)가 굴곡된 방향을 향하여 이동이 이루어지는 방식으로 그 구동방법을 구현하게 된다.Accordingly, the linear protrusion straight body 10 is moved at a displacement corresponding to the straight movement displacement generated by the rotation of the spiral protrusion rotating body 20, and the soft connecting body according to the shape of the inner wall of the body ( The driving method is implemented in such a way that 30 is moved toward the curved direction.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇 및 그 구동방법에 의하면, 상기 직선돌기 직진체의 직선형 돌 기(11)가 제공하는 표면회전 마찰력에 의해 점탄성체인 장기 내벽상에 안정되게 접속, 지지된 상태에서, 상기 나선돌기 회전체의 나선형 돌기(21)가 그 회전수 및 단위길이당 권선수에 비례하여 직진 이동변위를 명확하게 형성하게 된다.According to the in vivo mobile robot having a helical surface structure and the driving method thereof according to the present invention having the above configuration, the long-term inner wall of the viscoelastic body by the surface rotation friction force provided by the linear projection 11 of the linear projection straight body In the state of being stably connected and supported on the phase, the spiral protrusion 21 of the spiral protrusion rotating body clearly forms a straight movement displacement in proportion to the rotational speed and the number of turns per unit length.

상기 나선돌기 회전체(20)의 회전에 의해 생성되는 직진 이동변위에 대응되는 변위로 로봇 전체의 전, 후진이 명확하게 이루어지게 됨에 따라, 나선형 구조체를 이용한 기존의 구조와 비교하여, 나선 구동 메커니즘의 추진효율과 작동 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.Since the entire robot forward and backward is clearly made by the displacement corresponding to the straight movement displacement generated by the rotation of the spiral protrusion rotating body 20, the spiral drive mechanism is compared with the conventional structure using the spiral structure. It can improve the propulsion efficiency and operation reliability of

또한, 상기 직선돌기 직진체(10)와 나선돌기 회전체(20)를 유연하게 굴곡변형 가능한 상기 연질 연결체(30)로 연결함으로써, 생체 내벽의 굴곡형상에 적응하여 상기 연질 연결체(30)가 자연히 굴곡되면서 생체 내벽의 형상에 맞추어 방향의 전환이 자동으로 이루어지게 되어 보다 향상된 추진효율을 확보할 수 있다.In addition, by connecting the linear protrusion straight body 10 and the spiral protrusion rotating body 20 to the flexible connector 30 that can be flexibly deformed, the flexible connector 30 is adapted to the shape of the inner wall of the living body. As the bend naturally changes in direction to the shape of the inner wall of the living body is automatically made it is possible to secure more improved propulsion efficiency.

그리고, 나선형 표면 구조를 가지는 회전체를 이용함에 있어서, 장기에 작용하게 되는 회전 접촉압력이 전, 후방에서 상기 직선형 돌기(11)와 나선형 돌기(21)로 분산되어 작용하게 되어, 상기 나선형 돌기(21)가 장기 내벽과 무리하게 접촉, 고착되는 것을 방지할 수 있어 의학적 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.In addition, in using the rotating body having a helical surface structure, the rotational contact pressure acting on the organ is distributed to the linear protrusions 11 and the spiral protrusions 21 from the front and the rear, so that the spiral protrusions ( 21) can be prevented from excessively contacting and sticking to the inner wall of the organ can further improve the medical safety.

또한, 모서리 부분을 라운딩 처리하고, 표면 거칠기를 개선하여 의학적 안전성을 확보하는 외에도, 상기 나선돌기 회전체(20)의 표면에 생체적합성과 저마찰 특성을 가지는 코팅층을 형성하여, 생체 표면과 최소한의 고착이 이루어진 상태에서, 즉, 상기 나선형 돌기(21)와 장기 내벽간의 마찰력이 아닌 상기 나선형 돌기(21)의 형상적인 특성만이 작용하는 상태로, 구동, 사용이 이루어지게 함으로써 생체 표면의 손상을 최소화 할 수 있어 의학적 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.Further, in addition to rounding the corners and improving the surface roughness to ensure medical safety, a coating layer having biocompatibility and low friction characteristics is formed on the surface of the spiral protrusion rotating body 20 to minimize the surface of the living body and the surface. In a state where the fixation is made, that is, only the shape characteristic of the spiral protrusion 21 is acted on, not the frictional force between the spiral protrusion 21 and the inner wall of the organ, the damage to the surface of the living body is caused by driving and using. It can be minimized to further improve medical safety.

상기 직선형 돌기(11)의 높이와 갯수에 비례하는 표면 회전 마찰력을 부여하게 되고, 상기 나선형 돌기(21)의 회전수 및 단위길이당 권선수에 비례하여 전방으로의 직진 이동변위를 부여하게 되므로, 응용될 의료 환경 및 조건을 고려하여 상기 직선형 돌기(11)의 길이, 갯수, 상기 나선형 돌기(21)의 돌출높이, 단위 길이당 권선수 등의 인자를 적절하게 조정하여 적용함으로써 추진효율을 최적화시킬 수 있다.Since the surface rotation friction force is given in proportion to the height and the number of the linear protrusions 11, and the linear movement displacement in the forward direction is given in proportion to the rotational speed and the number of turns per unit length of the spiral protrusion 21, In consideration of the medical environment and conditions to be applied, the propulsion efficiency may be optimized by appropriately adjusting and applying factors such as the length, the number of the linear protrusions 11, the protrusion height of the spiral protrusion 21, and the number of turns per unit length. Can be.

상기와 같이 생체내 이동형 로봇의 진행과 장기의 형상에 따른 방향전환이 장기 내벽과의 무리한 접속없이 원활하고 안전하게 이루어질 수 있어 작동 신뢰성과 안전성을 확보할 수 있으며, 하나의 모터와 나선형 구조체를 구비한 간단한 구조로 구현가능하여 소형, 경량 및 저렴한 단가로 제작가능함에 따라, 생체내 이동형 로봇의 상용화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.As described above, the direction of movement of the in vivo mobile robot and the change of direction according to the shape of the organ can be made smoothly and safely without excessive connection with the inner wall of the organ, thereby ensuring operational reliability and safety, and having a motor and a spiral structure. As it can be implemented in a simple structure and can be manufactured at a small size, light weight, and low cost, it is expected to contribute greatly to the commercialization of a mobile robot in vivo.

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.The present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments, and the claims and detailed description of the present invention together with the embodiments in which the above embodiments are simply combined with existing known technologies. In the present invention, it can be seen that the technology that can be modified and used by those skilled in the art are naturally included in the technical scope of the present invention.

도 1 - 본 발명에 따른 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇의 제1실시예를 도시한 측면도1-a side view showing a first embodiment of an in vivo mobile robot having a spiral surface structure according to the present invention;

도 2 - 도 1의 요부종단면도Fig. 2-Sectional view of main part of Fig. 1

도 3 - 본 발명에 따른 나선형 표면 구조를 가지는 생체내 이동형 로봇의 제2실시예를 도시한 요부종단면도Fig. 3-A longitudinal longitudinal cross-sectional view showing a second embodiment of an in vivo mobile robot having a spiral surface structure according to the present invention.

도 4 - 직선형 돌기의 갯수에 따른 직선돌기 회전체의 다양한 실시예를 도시한 사시도4 is a perspective view showing various embodiments of the linear protrusion rotating body according to the number of linear protrusions

도 5 - 나선돌기 회전체의 사시도5-Perspective view of the spiral protrusion rotating body

도 6 - 나선형 돌기의 돌출높이에 따른 나선돌기 회전체의 다양한 실시예를 도시한 측면도Figure 6-side view showing various embodiments of the spiral protrusion rotating body according to the height of the protrusion of the spiral protrusion

도 7a 내지 7c - 도 6에 도시된 나선돌기 회전체가 생체 장기 표면과 10 gf의 접촉력으로 접촉되고 35rpm으로 회전중인 상태에서 발생되는 추진력을 측정한 것을 표시한 그래프7A to 7C are graphs showing the propulsion force generated when the spiral protrusion rotating body shown in FIG. 6 is in contact with the surface of the living organ body with a contact force of 10 gf and is rotating at 35 rpm

도 8 - 나선형 돌기의 권선횟수 및 각도에 따른 나선돌기 회전체의 다양한 실시예를 도시한 측면도 8 is a side view showing various embodiments of the spiral protrusion rotating body according to the winding number and angle of the spiral protrusion

<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols Used in Drawings>

1 : 모터 1a : 회전축 1: motor 1a: shaft

2 : 카메라 모듈 3 : 배터리 2: camera module 3: battery

5 : 와이어 10 : 직선돌기 직진체 5: wire 10: straight protrusion straight body

11 : 직선형 돌기 20 : 나선돌기 회전체 11: straight protrusion 20: spiral protrusion rotating body

21 : 나선형 돌기 22 : 중공부 21: spiral projection 22: hollow part

24 : 제1연장홀 30 : 연질 연결체 24: first extension hole 30: soft connecting body

31 : 경질계합부 32 : 경질피계합부 31: hard joints 32: hard skin

33 : 후방연결부 34 : 제2연장홀 33: rear connection 34: second extension hole

40 : 기어박스 41 : 제1기어부 40: gear box 41: first gear

42 : 제2기어부 43 : 제3기어부 42: second gear part 43: third gear part

44 : 이격공간44: separation space

Claims

Located in the front of the travel direction, the camera module (2) is mounted on the front end, a plurality of linear projections (11) having an extension length in the front and rear is formed around the surface of the protrusion height of the linear projections (11) A straight protrusion straight body 10 having a surface rotation friction force proportional to the number;

Located in the rear part of the traveling direction, the linear protrusion is installed to be spaced apart from the straight body 10, the spiral protrusion 21 is formed continuously in the front and rear around the surface has a straight movement displacement in the forward proportional to the number of revolutions Spiral projection rotating body 20 is composed of a flexible flexible, flexible material, including the spiral projection (21); And

The spiral protrusion rotating body 20 at the rear is rotated in conjunction with the rotating shaft 1a of the motor 1 mounted on the straight linear straight body 10 at the front side, and the straight protrusion straight body 10 at the front side is rotated. The rotary protrusion 1a and the spiral protrusion 20 of the motor are axially coupled to the linear movement displacement of the spiral protrusion rotating body 20 at the rear thereof, and the straight protrusion straight body 10 is rotated. And a soft connector 30 formed of a soft material capable of flexibly bending part or all of the longitudinal direction in front and rear to form an arbitrary relative angle between the spiral protrusion rotating body 20 and each other;

In vivo mobile robot having a spiral surface structure, characterized in that comprising a.

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According to claim 1, The spiral protrusion rotating body 20,

An in vivo mobile robot having a spiral surface structure, wherein a diamond-like carbon (DLC) coating layer having a low coefficient of friction of 0.2 or less is formed on a surface thereof.

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According to claim 1, The spiral protrusion rotating body 20,

The hollow part 22 which is continuously hollowed along the longitudinal direction of the spiral protrusion rotating body 20 is provided, and when the external pressure acts in excess of the set pressure, the outer diameter is flexibly reduced and deformed in proportion to the excess degree of the external pressure. In vivo mobile robot having a spiral surface structure, characterized in that.

According to claim 1, The spiral protrusion rotating body 20,

In vivo mobile robot having a helical surface structure, characterized in that the bearing body 5 is connected to the outside of the living body at the rear end of the traveling direction

The method of claim 1, wherein the flexible connector 30,

A front connection part of the soft material connected to the rotating shaft 1a of the motor;

A hard engagement portion 31 formed of a hard material and connected to the rear end of the front connection portion to have a rotation angle displacement equal to the rotation angle displacement transmitted to the rear end of the front connection portion;

A hard skin engaging portion 32 composed of a hard material and engaged with the hard engaging portion 31 so as to have the same rotation angle displacement as that of the hard engaging portion 31; And

The front end is connected to the hard skin part 32 so that the rotation angle displacement of the hard engagement part 31 and the hard engagement part 31 is transmitted to the spiral protrusion rotating body 20, and the rear end is A rear connection part 33 of the soft material connected to the spiral protrusion rotating body 20;

The method of claim 1, wherein the flexible connector 30,

The entire body is formed of a soft material, the in vivo mobile robot having a spiral surface structure, characterized in that the front end is connected to the rotating shaft (1a) of the motor and the rear end is connected to the spiral protrusion rotating body (20).

Located in the front part of the traveling direction, the camera module 2 is mounted at the front end, the motor 1 is mounted and fixed at the center, and a plurality of linear projections 11 having an extension length in the front and rear, the surface circumference A straight protrusion straight body 10 formed on the straight protrusion having a surface rotational friction force proportional to the height and the number of the straight protrusions 11;

Located in the rear part of the traveling direction, the linear protrusion is installed to be spaced apart from the straight body 10, the spiral protrusion 21 is formed continuously in the front and rear around the surface has a straight movement displacement in the forward proportional to the number of revolutions A spiral protrusion rotating body 20 through which the first extension hole 24 is formed to penetrate back and forth;

The rotary shaft (1a) of the motor located in the center of the linear projection straight body 10 and the central portion of the spiral projection rotating body 20 is axially coupled, the linear projection straight body 10 and the spiral projection rotating body 20 Part or whole of the longitudinal direction in the front and rear direction is made of a flexible material that can be flexibly deformed so as to form arbitrary relative angles with each other, and a second extension hole 34 communicating with the first extension hole 24 in the center is Continuously connected soft connector 30;

A first gear part 41 connected to the rotating shaft 1a of the motor, and a second gear part 42 connected to the circumference of the second extension hole 34 at the front part of the flexible connector 30. The first gear part 41 is provided between the first gear part 41 and the second gear part 42 while providing a separation space 44 communicating with the first and second extension holes 24 and 34. A gear box 40 having a third gear part 43 for connecting the second gear part 42 to the gear; And

It is a power supply means for supplying power to the motor (1) in the state inserted into the living body from the outside of the living body, the front end sequentially the first, second extension holes (24, 34) and the separation space 44 Passed through and connected to the linear projection straight body 10, corresponding to the linear displacement of the linear projection straight body 10 without receiving the rotational force of the spiral projection rotating body 20 and the soft connector 30 A wire 5 having only displacement displacement;

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