KR101084723B1 - Electromagnetic based actuation system on 2 dimensional plane and method the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2차원 평면 전자기 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로서, 임의의 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 헬름홀츠 코일로 이루어진 방향정렬모듈이 공간을 중심으로 평면상에 등각(等角)으로 반복 배치되도록 구성되어, 마이크로 로봇을 진행방향으로 정렬시키는 로봇 정렬부; 및 평면을 대칭면으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 맥스웰 코일로 이루어진 로봇추진모듈을 포함하여 구성되어, 정렬된 마이크로 로봇을 진행방향으로 추진시키는 로봇 추진부;를 포함하는 구동장치와 함께 임의의 공간을 중심으로 대향 배치되고, 전류 방향이 동일한 적어도 한 쌍의 헬름홀츠 코일로 이루어진 방향정렬모듈을 공간을 중심으로 평면상에 등각(等角)으로 반복 배치하는 단계; 평면을 대칭면으로 대향 배치되고, 전류 방향이 상이한 적어도 한 쌍의 맥스웰 코일로 이루어진 로봇추진모듈을 배치하는 단계; 공간에 마이크로 로봇을 배치한 상태에서, 로봇 정렬부를 이루는 각 헬름홀츠 코일을 제어하여 마이크로 로봇을 진행방향으로 정렬하고, 로봇 추진부를 이루는 맥스웰 코일의 전류공급량을 제어하여 마이크로 로봇을 진행방향으로 추진시키는 단계;를 포함하는 구동방법을 제공한다. The present invention relates to a two-dimensional planar electromagnetic drive device and a driving method, wherein a direction alignment module composed of at least one pair of Helmholtz coils arranged opposite to an arbitrary space in an isometric manner on a plane around the space. Is configured to be arranged repeatedly, the robot alignment unit for aligning the micro robot in the forward direction; And a robot propulsion module including a robot propulsion module including at least one pair of Maxwell coils disposed to face each other with a plane of symmetry, and propelling the aligned micro robot in a traveling direction. Repeatedly arranging the direction alignment modules each including at least one pair of Helmholtz coils disposed opposite to each other and having the same current direction on a plane about a space; Arranging a robot propulsion module having at least one pair of Maxwell coils disposed opposite to each other on a plane of symmetry and having different current directions; In the state where the micro robot is disposed in the space, controlling the Helmholtz coils forming the robot alignment unit to align the micro robots in the forward direction, and controlling the current supply amount of the Maxwell coils forming the robot propulsion unit to propel the micro robots in the forward direction. It provides a driving method comprising a.
마이크로, 로봇, 혈관, 코일, 헬름홀츠, 맥스웰, 자화, 자성, 전자기장 Micro, Robot, Blood Vessel, Coil, Helmholtz, Maxwell, Magnetized, Magnetic, Electromagnetic Field
Description
본 발명은 2차원 평면 전자기 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 마이크로 로봇의 방향 및 위치 제어를 위한 4쌍의 코일을 가진 구조에서 3쌍의 코일만을 이용하여 4쌍의 코일을 가진 구조에서의 동작과 동일한 동작을 구현함으로써, 기존 시스템의 관심영역을 그대로 가지면서도 부피 및 전력소모량을 획기적으로 줄일 수 있는 마이크로 로봇의 2차원 이동 제어를 위한 2차원 평면 전자기 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다. The present invention relates to a two-dimensional planar electromagnetic drive device and a driving method, and more particularly, using four pairs of coils in a structure having four pairs of coils for direction and position control of the micro robot using only four pairs of coils. By implementing the same operation as that in the excitation structure, the two-dimensional planar electromagnetic drive and driving method for the two-dimensional movement control of the micro robot that can significantly reduce the volume and power consumption while maintaining the region of interest of the existing system It is about.
일반적으로 전자기를 이용한 마이크로 로봇의 구동 시스템은, 기본적인 전자석 코일모듈과 1개의 회전축(Z축, 11)을 이용하여 마이크로 로봇의 평면구동이 가능한 구동장치를 포함하여 구성된다. In general, a driving system of a micro robot using electromagnetics is configured to include a driving device capable of driving a plane of a micro robot using a basic electromagnet coil module and one rotating shaft (Z axis, 11).
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전자기 구동 마이크로 로봇 구동모듈(10)은 헬름홀츠 코일(Helmholtz Coil, 13)과 맥스웰 코일(Maxwell Coil, 14)의 쌍으로 이루어져 있으며 코일모듈을 하나의 회전축(Z축, 11)을 이용하여 회전할 수 있도록 구성된다. That is, as shown in Figure 1, the conventional electromagnetic drive
이는, 회전축(Z축, 11)의 평면상에서 코일모듈 사이에 균일한 크기의 자속과 일정하게 크기가 증가하는 자속을 발생시키는 것으로, 이를 이용하여 마이크로 로봇의 회전과 이동을 가능하게 할 수 있다. This generates a magnetic flux of uniform magnitude and a magnetic flux of a constant size between coil modules on a plane of the rotation axis (Z-axis, 11), thereby enabling rotation and movement of the micro robot.
상술하면, 우선 헬름홀츠 코일(13)을 이용하여 균일한 크기의 자속을 발생시켜 마이크로 로봇을 자화시킨 뒤, 회전축(Z축, 11)을 이용하여 이동을 원하는 방향으로 회전하면, 마이크로 로봇이 균일한 자속을 따라 회전하게 된다. In detail, first, by using the Helmholtz
그리고 원하는 이동방향으로 회전한 뒤 헬름홀츠 코일(13)과 맥스웰 코일(14)을 동시에 이용하여 균일하게 증가하는 자속을 발생시키면 마이크로 로봇은 자속이 증가하거나 감소하는 방향으로 이동한다. Then, after rotating in the desired direction of motion and generating a uniformly increasing magnetic flux using the Helmholtz
따라서, 회전축(Z축, 11)의 평면(X-Y평면) 상에서 마이크로 로봇이 원하는 평면운동을 가능하게 할 수 있다. Therefore, the micro robot can enable desired plane motion on the plane (X-Y plane) of the rotation axis (Z axis) 11.
한편, 종래의 다른 전자기 구동 마이크로 로봇 구동모듈은, 도 2에 도시된 바와 같이, 2쌍의 헬름홀츠 코일과 2쌍의 맥스웰 코일이 고정된 형태로 마이크로 로봇의 평면구동이 가능한 구조이다. Meanwhile, as shown in FIG. 2, another conventional electromagnetic driving microrobot driving module has a structure in which two pairs of Helmholtz coils and two pairs of Maxwell coils are fixed and planar driving of the microrobot is possible.
즉, 도 2에 도시된 종래의 전자기 구동 마이크로 로봇 구동모듈은 2쌍의 헬름홀츠 코일(HCX, HCY)과 2쌍의 맥스웰 코일(MCX, MCY)로 이루어지고, 각 헬름홀츠 코일(HCX, HCY) 및 각 맥스웰 코일(MCX, MCY)에 공급되는 전류의 세기를 조절함으로써 마이크로 로봇을 평면상에서 임의의 방향으로 정렬시키거나 정렬된 방향으로 추진할 수 있도록 되어 있다. That is, the conventional electromagnetically driven microrobot driving module shown in FIG. 2 includes two pairs of Helmholtz coils HCX and HCY and two pairs of Maxwell coils MCX and MCY, and each of the Helmholtz coils HCX and HCY By adjusting the intensity of the current supplied to each of the Maxwell coils MCX and MCY, the micro robot can be aligned in any direction on the plane or propel in the aligned direction.
이는 코일 사이의 관심영역(S, ROI:Region of Interest) 내 평면상에서 2쌍 의 헬름홀츠 코일(HCX, HCY)에 인가되는 전류의 세기와 방향을 조절함으로 임의의 방향으로 균일한 자기장을 형성시킬 수 있고, 이를 통하여 관심영역 내의 상자성체 마이크로 로봇을 정렬시킬 수 있다. This can form a uniform magnetic field in any direction by adjusting the strength and direction of the current applied to the two pairs of Helmholtz coils HCX and HCY on the plane in the region of interest (S, ROI) between the coils. Through this, it is possible to align the paramagnetic microrobot in the region of interest.
또한, 상술한 바와 같이 마이크로 로봇이 정렬된 상태에서, 2쌍의 맥스웰 코일(MCX, MCY)에 같은 기울기의 자기장을 발생시키면, 상기 마이크로 로봇은 정렬된 방향으로 자기력이 발생되어 추진하게 된다. In addition, as described above, when the microrobots are aligned, when the magnetic fields having the same slope are generated in the pair of Maxwell coils MCX and MCY, the microrobots generate and propel the magnetic force in the aligned direction.
이때, 맥스웰 코일(MCX, MCY)에 의해 발생되는 자기장의 기울기를 조절함으로써 마이크로 로봇에 인가되는 추진력을 제어할 수 있고, 자기장 기울기의 방향을 정반대로 함으로써 추진방향을 반대방향으로 추진하도록 제어할 수 있다. 따라서, 관심영역관심영역(S) 내의 평면인 X-Y평면 상에서 마이크로 로봇을 원하는 방향으로 평면운동시킬 수 있다. At this time, by controlling the inclination of the magnetic field generated by the Maxwell coils (MCX, MCY), it is possible to control the propulsion force applied to the micro robot, and by controlling the direction of the magnetic field inclination to the opposite direction can be controlled to propel the propulsion direction in the opposite direction have. Therefore, the micro robot can be plane-moved in a desired direction on the X-Y plane which is the plane in the region of interest S.
그러나 도 2에 도시된 종래의 전자기 구동 마이크로 로봇 구동모듈은 4쌍의 코일, 즉, 2쌍의 헬름홀츠 코일(HCX, HCY)과 2쌍의 맥스웰 코일(MCX, MCY)을 사용하기 때문에 부피가 크고 전력소모가 많다는 단점이 있다. However, the conventional electromagnetic driving microrobot driving module shown in FIG. 2 is bulky because it uses four pairs of coils, that is, two pairs of Helmholtz coils HCX and HCY and two pairs of Maxwell coils MCX and MCY. The disadvantage is that it consumes a lot of power.
이러한 단점 때문에 의료적인 적용에 있어서 마이크로 로봇의 이동능력에 비해서 전자기 구동 마이크로 로봇 구동모듈의 체적이 크고 전력소모가 커 시스템의 활용성이 저하되는 문제점이 발생되고 있다. Due to these disadvantages, the volume of the electromagnetically driven microrobot driving module is large and power consumption is large compared to the moving ability of the microrobot in medical applications, which causes a problem that the utility of the system is degraded.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 최소 수량의 코일을 이용하여 전자기 구동 마이크로 로봇 구동모듈을 구축하고, 각 코일에 공급되는 전류를 제어함으로써, 마이크로 로봇의 변위 제어를 수행할 수 있는 2차원 평면 전자기 구동장치 및 구동방법을 제공함에 있다. An object of the present invention for solving the problems according to the prior art, by using a minimum number of coils to build the electromagnetic drive micro-robot driving module, by controlling the current supplied to each coil, to perform the displacement control of the micro robot The present invention provides a two-dimensional planar electromagnetic drive device and a driving method.
본 발명의 다른 목적은, 기존 전자기 구동 마이크로 로봇 구동모듈과 비교하여 동일한 관심영역과 성능을 가지면서도 체적과 소모전력을 줄임으로써 전자기 구동 마이크로 로봇 구동모듈의 운용 범위를 넓힐 수 있는 2차원 평면 전자기 구동장치 및 구동방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention, compared with the conventional electromagnetic drive micro-robot driving module, while having the same area of interest and performance while reducing the volume and power consumption of the two-dimensional planar electromagnetic drive that can extend the operating range of the electromagnetic drive micro robot driving module An apparatus and a driving method are provided.
본 발명의 또 다른 목적은, 전자기 구동 마이크로 로봇 구동모듈의 회동을 방지하여 시스템의 안전성과 무소음 시스템을 구현함에 따라, 전자기 구동 마이크로 로봇 구동모듈을 의료기기로 적용할 경우 환자에 대한 위압감을 최소화할 수 있는 2차원 평면 전자기 구동장치 및 구동방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to prevent the rotation of the electromagnetic driven micro-robot driving module to implement the safety and noiseless system of the system, when applying the electromagnetic driven micro-robot driving module as a medical device to minimize the sense of pressure on the patient To provide a two-dimensional planar electromagnetic drive device and a driving method.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 2차원 평면 전자기 구동장치는, 임의의 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 헬름홀츠 코일로 이루어진 방향정렬모듈이 상기 공간을 중심으로 평면상에 등각(等角)으로 반복 배치되도록 구성되어, 상기 마이크로 로봇을 진행방향으로 정렬시키는 로봇 정렬부; 및 상기 평면을 대칭면으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 맥스웰 코일로 이루어진 로 봇추진모듈을 포함하여 구성되어, 상기 정렬된 마이크로 로봇을 상기 진행방향으로 추진시키는 로봇 추진부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the two-dimensional planar electromagnetic drive device of the present invention for solving the above technical problem, a direction alignment module consisting of at least one pair of Helmholtz coils arranged opposite to any space is equiangular in the plane about the space Iii) a robot alignment unit configured to be repeatedly arranged in order to align the micro robot in a traveling direction; And a robot propulsion module including at least one pair of Maxwell coils, the plane being opposed to the plane of symmetry, and configured to propel the aligned micro robot in the traveling direction. .
바람직하게, 상기 로봇 정렬부는, 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 X축 헬름홀츠 코일; 및 상기 X축 헬름홀츠 코일과 직교되어 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 Y축 헬름홀츠 코일;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. Preferably, the robot alignment unit, at least one pair of X-axis Helmholtz coils disposed opposite the space; And at least one pair of Y-axis Helmholtz coils orthogonal to the X-axis Helmholtz coils and disposed to face the space.
더욱 바람직하게, 상기 X축 헬름홀츠 코일은 상기 Y축 헬름홀츠 코일의 내측 공간에 설치되는 것을 특징으로 한다. More preferably, the X-axis Helmholtz coil is installed in the inner space of the Y-axis Helmholtz coil.
더욱 바람직하게, 상기 로봇 추진부는, 상기 X축 헬름홀츠 코일 및 상기 Y축 헬름홀츠 코일과 수직되는 Z축 맥스웰 코일로 이루어진 것을 특징으로 한다. More preferably, the robot propulsion unit, characterized in that consisting of the Z-axis Maxwell coil perpendicular to the X-axis Helmholtz coil and the Y-axis Helmholtz coil.
바람직하게, 상기 마이크로 로봇의 위치를 파악하기 위한 위치인식부; 및 상기 위치인식부에서 검출된 마이크로 로봇의 움직임정보와 기입력된 마이크로 로봇의 노선정보를 기반으로 상기 마이크로 로봇의 궤적을 제어하기 위해 상기 로봇 정렬부를 이루는 각 헬름홀츠 코일 및 상기 로봇 추진부를 이루는 맥스웰 코일의 전류공급량을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, a position recognition unit for determining the position of the micro robot; And a Helmholtz coil constituting the robot alignment unit and a Maxwell coil constituting the robot propulsion unit to control the trajectory of the microrobot based on the movement information of the microrobot detected by the position recognition unit and the route information of the microrobot previously input. The control unit for controlling the current supply amount of the; characterized in that it comprises a.
더욱 바람직하게, 상기 위치인식부는 상기 마이크로 로봇의 위치 판독을 위해, X-ray를 통한 영상인식 방법, 상기 마이크로 로봇이 경유해야 할 경로를 도시한 지도와 더불어 내부 위치인식 장치를 이용한 상대적 위치정보 인식 방법, 현미경에 의한 위치 검출 방법, 카메라 시스템을 이용한 위치정보를 식별 방법 중 어느 하나의 방법이 사용되는 것을 특징으로 한다. More preferably, the position recognition unit recognizes relative position information using an internal position recognition device together with an image recognition method through X-ray, a map showing a route to be passed by the micro robot, for reading the position of the micro robot. The method may be any one of a method, a position detection method using a microscope, and a method for identifying position information using a camera system.
바람직하게, 상기 헬름홀츠 코일 및 맥스웰 코일은 원형 코일인 것을 특징으로 한다. Preferably, the Helmholtz coil and Maxwell coil is characterized in that the circular coil.
바람직하게, 상기 맥스웰 코일은 코일의 전류 방향이 상이한 것을 특징으로 한다. Preferably, the Maxwell coil is characterized in that the current direction of the coil is different.
바람직하게, 상기 헬름홀츠 코일의 전류 방향이 동일한 것을 특징으로 한다. Preferably, the current direction of the Helmholtz coil is the same.
바람직하게, 상기 마이크로 로봇은 자화 가능한 강자성체(Ferro Magnet) 또는 이미 자화가 되어 있는 영구자석(Permanent Magnet) 중 어느 하나의 소재를 사용하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the micro-robot is characterized by using any one of the magnetizable ferromagnetic (Ferro Magnet) or a magnetized permanent magnet (Permanent Magnet).
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 2차원 평면 전자기 구동방법은, (a) 임의의 공간을 중심으로 대향 배치되고, 전류 방향이 동일한 적어도 한 쌍의 헬름홀츠 코일로 이루어진 방향정렬모듈을 상기 공간을 중심으로 평면상에 등각(等角)으로 반복 배치하는 단계; (b) 상기 평면을 대칭면으로 대향 배치되고, 전류 방향이 상이한 적어도 한 쌍의 맥스웰 코일로 이루어진 로봇추진모듈을 배치하는 단계; (c) 상기 공간에 마이크로 로봇을 배치한 상태에서, 상기 로봇 정렬부를 이루는 각 헬름홀츠 코일을 제어하여 상기 마이크로 로봇을 진행방향으로 정렬하고, 상기 로봇 추진부를 이루는 맥스웰 코일의 전류공급량을 제어하여 상기 마이크로 로봇을 상기 진행방향으로 추진시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the two-dimensional planar electromagnetic driving method of the present invention for solving the above technical problem, (a) a direction alignment module consisting of at least one pair of Helmholtz coils disposed opposite to each other and having the same current direction as the center; Iteratively disposing on a plane about a space; (b) disposing the robot propulsion module comprising at least one pair of Maxwell coils having the planes opposed to each other in a symmetrical plane and having different current directions; (c) In the state in which the micro robot is arranged in the space, by controlling each Helmholtz coil constituting the robot alignment unit to align the micro robot in the advancing direction, and controls the current supply amount of the Maxwell coil constituting the robot propulsion unit to control the micro And propelling the robot in the advancing direction.
바람직하게, (c) 단계 이후에, (d) 마이크로 로봇의 움직임정보와 기입력된 마이크로 로봇의 노선정보를 기반으로 상기 마이크로 로봇의 궤적을 검출하고, 상기 검출된 궤적을 근거로 하여 상기 로봇 정렬부를 이루는 각 헬름홀츠 코일 및 상 기 로봇 추진부를 이루는 맥스웰 코일의 전류공급량을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, after step (c), (d) the locus of the microrobot is detected based on the motion information of the microrobot and the route information of the previously entered microrobot, and the robot alignment is based on the detected locus. And controlling a current supply amount of each Helmholtz coil forming a portion and the Maxwell coil forming the robot propulsion unit.
본 발명에 따른 마이크로 로봇 제어를 위한 코일 시스템 구조 및 이를 이용한 2차원 평면 전자기 구동장치는, 2쌍의 헬름홀츠 코일과 1쌍의 맥스웰 코일을 상호 수직방향으로 배치하고, 헬름홀츠 코일 및 맥스웰 코일로 공급되는 전류량을 제어하여 마이크로 로봇에 대한 변위 제어를 수행토록 함에 따라, 코일 시스템의 회동 공간을 필요로 하지 않아 시스템의 공간 활용 능력이 향상되는 효과가 있다. A coil system structure for controlling a micro robot according to the present invention and a two-dimensional planar electromagnetic driving device using the same are arranged in a vertical direction in which two pairs of Helmholtz coils and one pair of Maxwell coils are supplied to a Helmholtz coil and a Maxwell coil. As the displacement control of the micro robot is performed by controlling the amount of current, the rotational space of the coil system is not required, thereby improving the space utilization capability of the system.
또한, 본 발명은 부피 면에서 맥스웰 코일이 내부에 설치됨으로써 약 18% 정도의 감소를 확인할 수 있다. In addition, the present invention can be confirmed by about 18% reduction in the Maxwell coil is installed inside the volume.
또한, 본 발명은 소화기관 이동로봇, 혈관 이동로봇, 망막 이동로봇, 뇌피질 이동로봇 등으로 적용될 수 있어 의료 로봇의 기반 기술을 확보할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention can be applied to the gastrointestinal mobile robot, blood vessel mobile robot, retinal mobile robot, brain cortical mobile robot, etc. There is an effect that can secure the base technology of the medical robot.
또한, 본 발명은 전자기 구동장치를 고정화된 구조로 구현함으로써, 전자기 구동장치의 구동을 위한 소음을 제거하여 환자에 대한 진료의 안정성 및 편의성을 제공하는 효과가 있다. In addition, the present invention by implementing the electromagnetic drive in a fixed structure, there is an effect of providing the stability and convenience of care for the patient by removing the noise for driving the electromagnetic drive.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다. The invention will become more apparent through the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through embodiments of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 2차원 평면 전자기 구동장치는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 크게, 로봇 정렬부(100), 로봇 추진부(200), 위치인식부(300), 제어부(400)를 포함하여 구성된다. The two-dimensional planar electromagnetic drive device according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 3 to 5, largely, the
상기 로봇 정렬부(100)는, 임의의 공간(S)을 중심으로 대향 배치되는 한 쌍의 헬름홀츠 코일(Helmholtz Coil)로 이루어진 복수의 방향정렬모듈(a)이 상기 공간(S)을 중심으로 평면상에 상호 직교 배치되도록 구성되어, 마이크로 로봇(MCRB)을 진행방향으로 정렬시킨다. The
상기 로봇 추진부(200)는, 상기 평면을 대칭면으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 맥스웰 코일(Maxwell Coil)로 이루어진 로봇추진모듈(b)을 포함하여 구성되어, 상기 정렬된 마이크로 로봇(MCRB)을 상기 진행방향으로 추진시킨다. The
상기 마이크로 로봇(MCRB)은 자화 가능한 강자성체(Ferro Magnet) 또는 이미 자화가 되어 있는 영구자석(Permanent Magnet)으로 구성되어, 마이크로 로봇의 외부에 형성된 전자기장에 의해 자화되고, 이를 기반으로 구동력이 제공된다. The micro robot (MCRB) is composed of a magnetizable ferromagnetic or a permanent magnet that is already magnetized, and is magnetized by an electromagnetic field formed outside the microrobot, and a driving force is provided based on the microrobot.
먼저, 상기 로봇 정렬부(100)에 대하여 설명하도록 한다. First, the
상기 로봇 정렬부(100)는 임의의 공간(S)을 중심으로 대향 배치되는 한 쌍의 헬름홀츠 코일로 이루어진 복수의 방향정렬모듈(a)이 상기 공간(S)을 중심으로 평면상에 상호 직교 배치되도록 구성되어, 상기 마이크로 로봇(MCRB)을 진행방향으로 정렬시키는 부분으로서, 본 실시예에서는 상기 공간(S)을 중심으로 대향 배치되는 한 쌍의 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX)과 직교되어 상기 공간(S)을 중심으로 대향 배치되는 한 쌍의 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)로 이루어진다. The
상세하게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로 로봇(MCRB)의 활동 범위에 준하는 임의의 공간(S)을 확보하고, 상기 공간(S)을 중심으로 서로 수직으로 배치되는 X축 헬름홀츠 코일(HCX)과 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)이 구비된다. In detail, as shown in FIG. 4, X-axis Helmholtz coils are secured to an arbitrary space S corresponding to the active range of the micro robot MCRB, and are disposed perpendicular to each other about the space S. HCX) and Y-axis Helmholtz coil HCY.
상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX)은 상기 공간(S)을 중심으로 대향 배치되어 한 쌍으로 구성되고, 상기 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)은 상기 공간(S)을 중심으로 대향 배치되어 한 쌍으로 구성되되 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX)과 수직으로 설치된다. 이때, 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX)은 상기 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)의 내측 공간에 설치된다. The X-axis Helmholtz coils HCX are arranged in a pair opposite to the space S, and the Y-axis Helmholtz coils HCY are arranged in a pair opposite to the space S. But it is installed perpendicular to the X-axis Helmholtz coil (HCX). In this case, the X-axis Helmholtz coil HCX is installed in the inner space of the Y-axis Helmholtz coil HCY.
이는, 본 발명의 실시예로서 구현된 것으로, 도시된 바와 다르게 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)의 직경을 다르게 설정할 수 있는 것이고, 이는 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)로 인가되는 전류량에 의해 전자기장을 제어하는 것으로, X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)에 권취되는 코일의 턴 수와 공급 전류량에 따라 전자기장을 제어하기 때문에, X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)의 크기를 결정하는 것은 본 발명의 요지를 벗어날 것이다. This is embodied as an embodiment of the present invention, and differently shown, it is possible to set different diameters of the X-axis Helmholtz coil (HCX) and the Y-axis Helmholtz coil (HCY), which is the X-axis Helmholtz coil (HCX) and Y The electromagnetic field is controlled by the amount of current applied to the shaft Helmholtz coil HCY, and the electromagnetic field is controlled according to the number of turns and the supply current of the coil wound around the X-axis Helmholtz coil HCX and Y-axis Helmholtz coil HCY. Determining the size of the X-axis Helmholtz coil HCX and the Y-axis Helmholtz coil HCY will depart from the gist of the present invention.
한편, 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)은 코일의 전류 방향이 동일하게 구성되고, 원형 코일로 구성될 수 있다. On the other hand, the X-axis Helmholtz coil (HCX) and Y-axis Helmholtz coil (HCY) is configured in the same current direction of the coil, it may be composed of a circular coil.
상술한 바와 같이, 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)의 전류 방향이 서로 동일하게 구성하는 것은 마이크로 로봇(MCRB)의 자화 및 마이크로 로봇(MCRB)의 진행방향으로의 정렬을 결정하기 위함이다. As described above, the configuration in which the current directions of the X-axis Helmholtz coil HCX and the Y-axis Helmholtz coil HCY are identical to each other is the magnetization of the micro robot MCRB and the alignment in the traveling direction of the micro robot MCRB. To determine.
상기 한 쌍의 X축 헬름홀츠 코일(HCX)은 상기 마이크로 로봇(MCRB)의 유동 방향을 X축으로 지정하고, 상기 한 쌍의 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)은 상기 마이크로 로봇(MCRB)의 유동 방향을 Y축으로 지정한다. 이는 상호 대향되는 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 사이의 전자기장의 방향을 정의해 줌으로써, X축 및 Y축 방향의 전자기장을 토대로 마이크로 로봇(MCRB)의 이동 방향을 XY 평면상으로 설정하는 것이다. The pair of X-axis Helmholtz coils (HCX) designates the flow direction of the micro robot (MCRB) as the X axis, and the pair of Y-axis Helmholtz coils (HCY) specify the flow direction of the micro robot (MCRB). Specify in Y axis. This defines the direction of the electromagnetic field between the mutually opposed X-axis Helmholtz coils (HCX) and Y-axis Helmholtz coils (HCY), thereby moving the micro robot (MCRB) in the XY plane based on the electromagnetic fields in the X- and Y-axis directions. Is set to phase.
따라서, X축 및 Y축으로 구비되는 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)에 의해 마이크로 로봇(MCRB)의 이동 방향이 결정된다. Therefore, the moving direction of the micro robot MCRB is determined by the X-axis Helmholtz coil HCX and the Y-axis Helmholtz coil HCY provided in the X-axis and the Y-axis.
상기 마이크로 로봇(MCRB)은 상기 공간(S)의 중심에 안착되며, X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)로부터 유기되는 전자기장의 방향에 따라 마이크로 로봇(MCRB)의 방향이 제어된다. 필요에 따라 상기 공간(S)은 환자에 대한 진료 공간이고, 상기 마이크로 로봇(MCRB)은 환자의 신체 내부 혈관으로 투입된다. 혈관 내부는 혈류에 의한 부하가 발생되며, 마이크로 로봇(MCRB)은 혈류 부하에 비례하는 전자기장의 세기를 제공받는다. The micro robot (MCRB) is seated in the center of the space (S), the direction of the micro robot (MCRB) is controlled in accordance with the direction of the electromagnetic field induced from the X-axis Helmholtz coil (HCX) and Y-axis Helmholtz coil (HCY) do. If necessary, the space S is a treatment space for a patient, and the micro robot MCRB is injected into a blood vessel inside the patient's body. The blood vessels are loaded with blood flow, and the micro robot (MCRB) is provided with an electromagnetic field intensity that is proportional to the blood flow load.
다음으로, 상기 로봇 추진부(200)에 대하여 설명하도록 한다. Next, the
상기 로봇 추진부(200)는 전술한 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)이 배치된 XY평면을 대칭면으로 하여 서로 대향되도록 배치되는 적어도 한 쌍의 맥스웰 코일로 이루어진 로봇추진모듈(b)을 포함하여 구성되어, 상기 정렬된 마이크로 로봇(MCRB)을 상기 진행방향으로 추진시키는 부분으로서, 본 실시예에서는 하나의 로봇추진모듈(b), 즉, 한 쌍의 맥스웰 코일(이하, "Z축 맥스웰 코일(MCZ)"이라고 통칭함)로만 이루어져 최소한의 코일로 구성되도록 하였다. The
상세하게는, 본 실시예의 한 쌍의 Z축 맥스웰 코일(MCZ)은 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)과 서로 수직이 되도록 구성된다. 즉, X축 헬름홀츠 코일(HCX)이 X축으로 구성되고, Y축 헬름홀츠 코일(HCY)이 Y축으로 구성되며, Z축 맥스웰 코일(MCZ)이 Z축으로 구성되는 것이다. 그리고 상기 Z축 맥스웰 코일(MCZ)은 상기 헬름홀츠 코일(HCX,HCY)과 코일의 전류 방향이 서로 상이하고, 원형의 코일로 형성될 수 있다. Specifically, the pair of Z-axis Maxwell coils MCZ of this embodiment are configured to be perpendicular to the X-axis Helmholtz coil HCX and the Y-axis Helmholtz coil HCY. That is, the X-axis Helmholtz coil HCX is configured by the X-axis, the Y-axis Helmholtz coil HCY is configured by the Y-axis, and the Z-axis Maxwell coil MCZ is configured by the Z-axis. In addition, the Z-axis Maxwell coil MCZ may be formed in a circular coil in which current directions of the Helmholtz coils HCX and HCY are different from each other.
따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, X축 헬름홀츠 코일(HCX)과 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)과의 상호작용에 의해서 자기장의 방향이 Field map에서 보여지는 것과 같이 45도 방향으로 정해졌다면, 마이크로 로봇(MCRB)은 45도 방향으로 정렬되고, 이후 Z축 맥스웰 코일의 자기장이 작용하게 되면 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)의 자기장과 상호작용에 의해 Force map에서 보여지는 것과 같이 45도 방향으로 최종 추진력이 가해지는 것이다. Therefore, as shown in FIG. 10, if the direction of the magnetic field is determined in the 45 degree direction as shown in the field map by the interaction of the X-axis Helmholtz coil HCX and the Y-axis Helmholtz coil HCY, the micro The robot (MCRB) is aligned in the 45 degree direction, and when the magnetic field of the Z-axis Maxwell coil is applied, the robot (MCRB) is shown on the force map by interaction with the magnetic fields of the X-axis Helmholtz coil (HCX) and Y-axis Helmholtz coil (HCY). As such, the final propulsion is applied in the 45 degree direction.
즉, 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)의 상호작용에 의한 자기장의 방향이 45도 방향인 상태에서, 상기 Z축 맥스웰 코일에 의해 X축과 Y축 방향으로 기울기가 일정한 자기장이 형성되면, 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)의 상호작용에 의한 자기장과 상기 Z축 맥스웰 코일(MCZ)에 의해 발생되는 일정한 기울기의 자기장에 의해 마이크로 로봇(MCRB)에 45도 방향으로의 추진력이 가해지는 것이다. That is, when the direction of the magnetic field due to the interaction of the X-axis Helmholtz coil (HCX) and the Y-axis Helmholtz coil (HCY) is 45 degrees, the slope in the X-axis and Y-axis directions by the Z-axis Maxwell coil When a constant magnetic field is formed, the micro robot may be formed by a magnetic field having a constant gradient generated by the magnetic field caused by the interaction of the X-axis Helmholtz coil HCX and the Y-axis Helmholtz coil HCY and the Z-axis Maxwell coil MCZ. The propulsion force in the 45 degree direction is applied to MCRB).
상세하게, 마이크로 로봇을 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)의 상호작용에 의해 자기장의 방향을 정렬시키고자 하는 방향으로 발생시키고 Z축 맥스웰 코일(MCZ)을 이용하여 X축과 Y축 방향으로 동일한 기울기의 자기장을 형성시키면 마이크로 로봇(MCRB)이 정렬된 방향으로 자기력이 발생하게 되어 추진하게 된다. Specifically, the micro robot is generated in the direction to align the direction of the magnetic field by the interaction of the X-axis Helmholtz coil (HCX) and Y-axis Helmholtz coil (HCY), and using the Z-axis Maxwell coil (MCZ) If the magnetic field of the same inclination in the axial direction and the Y-axis direction is formed, the magnetic force is generated in the direction in which the micro robot (MCRB) is aligned to propel.
다음으로, 상기 위치인식부(300) 및 제어부(400)에 대하여 설명하도록 한다. Next, the
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 위치인식부(300)는, 상기 공간(S)상에서 유동하는 마이크로 로봇(MCRB)의 위치를 파악하기 위한 부분이고, 상기 제어부(400)는 상기 위치인식부(300)에서 검출된 마이크로 로봇(MCRB)의 움직임정보와 기입력된 마이크로 로봇(MCRB)의 노선정보를 기반으로 상기 마이크로 로봇(MCRB)의 궤적을 제어하기 위해 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX), Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 및 Z축 맥스웰 코일(MCZ)의 전류공급량을 제어하는 부분이다. As shown in FIG. 5, the
상기 제어부(400)는 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX), Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 및 Z축 맥스웰 코일(MCZ)에 대한 각각의 전류 제어를 수행하여 각 코일(HCX, HCY, MCZ)로부터 유기되는 전자기장의 세기 및 방향을 설정함에 따라 마이크로 로봇(MCRB)의 평면이동방향 및 추진력을 결정하고, 이처럼 마이크로 로봇(MCRB)의 평면이동방향 및 추진력을 결정하여 마이크로 로봇(MCRB)이 2차원 유동할 수 있게 한다. The
즉, 상기 마이크로 로봇(MCRB)이 기설정된 타겟(도 6 참조) 위치로 유동시키기 위한 X축 헬름홀츠 코일(HCX), Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 및 Z축 맥스웰 코일(MCZ)의 전류값제어로서, 위치인식부(300)에서 검출된 마이크로 로봇(MCRB)의 현재 위치 정보 및 설정된 타겟에 대응하는 마이크로 로봇(MCRB)의 노선 정보를 토대로 X축 헬름홀츠 코일(HCX), Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 및 Z축 맥스웰 코일(MCZ)에 대한 전자기장의 세기 및 방향이 설정되는 것이다. That is, as the current value control of the X-axis Helmholtz coil HCX, the Y-axis Helmholtz coil HCY, and the Z-axis Maxwell coil MCZ for the micro robot MCRB to flow to a predetermined target position (see FIG. 6). On the basis of the current position information of the micro robot (MCRB) detected by the
한편, 전술된 위치인식부(300)는 마이크로 로봇(MCRB)이 인체로 인입될 경우, X-ray를 통한 영상인식 방법이 적용될 수 있으며, 필요에 따라 기존의 지도 예컨대, 마이크로 로봇(MCRB)이 경유해야 할 인체 혈관을 도시한 지도와 더불어 내부 위치인식 장치를 이용한 상대적 위치정보 인식 방법이 사용될 수 있다. 또는, 마이크로 로봇(MCRB)이 노출되어 있을 경우, 현미경과 카메라 시스템 등을 이용한 위치정보를 식별할 수 있을 것이다. On the other hand, in the above-described
기존에 제안된 전자기 구동장치와의 차이점을 비교하기 위해 도 8에 기존 전자기 구동장치(상측)와 본 발명의 일실시예에 따른 전자기 구동장치(하측)를 나타내었다. In order to compare the difference with the conventionally proposed electromagnetic drive device, FIG. 8 shows an existing electromagnetic drive device (upper side) and an electromagnetic drive device (lower side) according to an embodiment of the present invention.
먼저, 비교를 위하여 같은 관심영역(공간(S), ROI)을 갖는 두 가지의 전자기 구동장치에 있어서, 각 코일의 배치와 같은 힘을 발생시킬 수 있는 코일의 권선수와 거리 등을 비교할 수 있도록 하였다. First, for comparison, in the two electromagnetic drive devices having the same region of interest (spatial (S), ROI), it is possible to compare the number of windings and distance of coils that can generate the same force as the arrangement of each coil. It was.
기존에 제안된 전자기 구동장치에 있어서, X축 헬름홀츠 코일(HCX) 간의 거 리를 "r"로 정의하였을 때, Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 간의 거리는 "*r"로 정의되고, X축 맥스웰 코일(MCX)은 X축 헬름홀츠 코일(HCX)과 반경이 같고 중심부로부터 "/2*r"만큼 이격된 것으로 정의하였을 때, X축 맥스웰 코일(MCX) 간의 거리는 "*r"로 정의되고, Y축 맥스웰 코일(MCY) 간의 거리는 "*r"로 정의된다. (도 8의 상측) In the proposed electromagnetic drive device, when the distance between X-axis Helmholtz coils (HCX) is defined as "r", the distance between Y-axis Helmholtz coils (HCY) is " is defined as * r ", the X-axis Maxwell coil (MCX) has the same radius as the X-axis Helmholtz coil (HCX) and the" Defined as spaced apart by / 2 * r ", the distance between the X-axis Maxwell coils (MCX) * r ", the distance between the Y-axis Maxwell coils (MCY) is" * r ". (upper side in FIG. 8)
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 전자기 구동장치에 있어서, 상술한 바와 같은 정의 관계를 적용하면, X축 헬름홀츠 코일(HCX) 간의 거리는 "r"로 정의되고, Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 간의 거리는 "*r"로 정의되며, Z축 맥스웰 코일(MCZ)의 직경은 "*r"로 정의된다. (도 8의 하측)On the other hand, in the electromagnetic drive device according to an embodiment of the present invention, if the above positive relationship is applied, the distance between the X-axis Helmholtz coil (HCX) is defined as "r", between the Y-axis Helmholtz coil (HCY) The distance is " * r ", the Z-axis Maxwell coil (MCZ) has a diameter of" * r ". (bottom of Figure 8)
이러한 가정 하에서 헬름홀츠 코일(HCX, HCY)은 두 가지의 전자기 구동장치에서 동일하기 때문에 비교대상에서는 제외하였고, 맥스웰 코일(MCX, MCY, MCZ)만을 비교대상으로 설정하였다. Under these assumptions, the Helmholtz coils (HCX, HCY) were excluded from the comparison because they were the same in the two electromagnetic drives, and only the Maxwell coils (MCX, MCY, MCZ) were set as the comparison.
두 시스템의 전력소모에 대한 비교를 아래의 [표 1]에 나타내었다. A comparison of the power consumption of the two systems is shown in Table 1 below.
기존
전자기
구동장치
existing
Electromagnetic
Drive
15.31π*r
15.31π * r
MCY
일실시예에
따른
전자기
구동장치Of the present invention
In one embodiment
According
Electromagnetic
Drive
MCZ
MCZ
/2*r
/ 2 * r
1.41π*r
1.41π * r
1.4π*r
1.4π * r
[표 1]에서 알 수 있듯이 기존 시스템에 비해서 제안된 시스템은 전력소모가 91% 감소한 것을 확인할 수 있다. As can be seen from [Table 1], the proposed system has reduced power consumption by 91% compared to the existing system.
본 발명의 일실시예에 따른 2차원 평면 전자기 구동장치를 이용한 2차원 평면 전자기 구동방법은, (a) 임의의 공간(S)을 중심으로 대향 배치되고, 전류 방향이 동일한 한 쌍의 헬름홀츠 코일로 이루어진 복수의 방향정렬모듈(a)을 상기 공간(S)을 중심으로 평면상에 상호 직교 배치하여 로봇 정렬부(100)를 구성하는 단계; (b) 상기 평면을 대칭면으로 대향 배치되고, 전류 방향이 상기 헬름홀츠 코일과 상이한 적어도 한 쌍의 맥스웰 코일로 이루어진 로봇추진모듈(b)을 배치하여 로봇 추진부(200)를 구성하는 단계; (c) 상기 공간(S)에 마이크로 로봇(MCRB)을 배치한 상태에서, 상기 로봇 정렬부(100)를 이루는 각 헬름홀츠 코일을 제어하여 상기 마이크로 로봇(MCRB)을 진행방향으로 정렬하고, 상기 로봇 추진부(200)를 이루는 맥스웰 코일의 전류공급량을 제어하여 상기 마이크로 로봇(MCRB)을 상기 진행방향으로 추진시키는 단계; (d) 마이크로 로봇(MCRB)의 움직임정보와 기입력된 마이크로 로봇(MCRB)의 노선정보를 기반으로 상기 마이크로 로봇(MCRB)의 궤적을 검출하고, 상기 검출된 궤적을 근거로 하여 상기 로봇 정렬부(100)를 이루는 각 헬름홀츠 코일 및 상기 로봇 추진부(200)를 이루는 맥스웰 코일의 전류공급량을 제어하는 단계;를 포함하여 이루어진다. In the two-dimensional planar electromagnetic driving method using the two-dimensional planar electromagnetic driving apparatus according to an embodiment of the present invention, (a) a pair of Helmholtz coils which are disposed facing each other about an arbitrary space S and have the same current direction; Constructing a robot alignment unit 100 by arranging a plurality of directional alignment modules (a) orthogonal to each other on a plane with respect to the space S; (b) arranging the robot propulsion unit 200 by arranging the robot propulsion module (b) having at least one pair of Maxwell coils having the planes opposed to each other in a symmetrical plane and having a current direction different from that of the Helmholtz coil; (c) In the state in which the micro robot (MCRB) is arranged in the space (S), by controlling each Helmholtz coil constituting the robot alignment unit 100 to align the micro robot (MCRB) in the advancing direction, the robot Controlling the current supply amount of the Maxwell coil constituting the propulsion unit 200 to propel the micro robot (MCRB) in the advancing direction; (d) The locus of the microrobot MCRB is detected based on the movement information of the microrobot MCRB and the route information of the microrobot MCRB, and the robot alignment unit is based on the detected locus. And controlling a current supply amount of each Helmholtz coil constituting 100 and Maxwell coil constituting the
도 7에 도시된 바와 같이, S10 단계에서 피검사자의 혈관을 촬영한다. 혈관 촬영은 CT, MRI, X-ray 등으로 촬영될 수 있다. 촬영된 혈관 사진은 그래픽화된 정보로 저장되며, 혈관의 세분화된 위치 또는 특정 위치를 데이터화하여 전술된 타겟 위치까지의 경로 정보를 생성한다. 경로 정보는 현재의 마이크로 로봇(MCRB)의 위치로부터 타겟 위치까지의 혈관 경로로서, 마이크로 로봇(MCRB)이 혈관을 따라 타겟 위치까지 이동해야 할 경로이다.As shown in FIG. 7, blood vessels of the examinee are photographed at step S10. Angiography may be taken by CT, MRI, X-ray, or the like. The photographed blood vessel photograph is stored as graphical information, and the path information to the target position described above is generated by dataizing the segmented position or the specific position of the vessel. The path information is a blood vessel path from the position of the current micro robot (MCRB) to the target position, and is a path that the micro robot (MCRB) should move along the blood vessel to the target position.
따라서, S20 단계로 진입하여 검사자는 상기 혈관 경로 정보를 토대로 마이크로 로봇(MCRB)이 도착해야 할 타겟 위치를 설정한다. 그리고 S30 단계에서 상기 위치인식부(300)를 이용하여 현재 피검자의 혈관으로 투입된 마이크로 로봇(MCRB)을 지속적으로 촬영한다. 이는 마이크로 로봇(MCRB)의 이동 궤적과 상기한 타겟 위치까지의 경로를 매칭시키기 위한 것이다. 상기 위치인식부(300)는 X-ray를 통한 영상인식 방법이 적용되거나, 내부 위치인식 장치를 이용한 상대적 위치정보 인식 방법이 사용될 수 있다.Therefore, in step S20, the inspector sets a target position to which the micro robot (MCRB) should arrive based on the vessel path information. In operation S30, the micro-robot (MCRB) continuously injected into the blood vessel of the subject is continuously photographed using the
S40 단계에서, 상기 제어부(400)는 위치인식부(300)에 의해 검출된 마이크로 로봇(MCRB)의 현재 위치 정보와, 상기 혈관 경로 정보, 타겟 정보를 토대로 마이크로 로봇(MCRB)이 이동해야 할 경로를 산출한다. 필요에 따라, 혈관의 크기나 피검자의 상태에 대응하도록 마이크로 로봇(MCRB)의 이동속도 또는 이동 포스의 크기를 설정할 수 있을 것이다.In step S40, the
S50단계로 진입하여, 상기 제어부(400)는 마이크로 로봇(MCRB)의 경로에 따른 이동 방향을 토대로, 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)로 공급해야 할 전류량을 산출한다. 상기 X축 헬름홀츠 코일(HCX) 및 Y축 헬름홀츠 코일(HCY)로 공급되는 전류는 마이크로 로봇(MCRB)의 자화 및 방향설정을 위한 것으로, 혈류량이나 혈관의 압력에 따라 가변된다. 그리고 S60 단계에서 상기 제어부(400)는 Z축으로 구비되는 Z축 맥스웰 코일(MCZ)을 기동 제어한다.In step S50, the
상기 제어부(400)는 기설정된 마이크로 로봇(MCRB)의 이동 방향에 따른 이동 속도에 대응하여 각각의 Z축 맥스웰 코일(MCZ)을 구동하기 위한 제어신호를 생성한다. 이에 따라, 제어부(400)는 각 Z축 맥스웰 코일(MCZ)들로 해당 전류량을 공급한다. 전류량 설정은 마이크로 로봇(MCRB)의 설정된 이동속도 또는 혈류 부하에 비례하여 각 Z축 맥스웰 코일(MCZ)로 전류를 공급한다.The
S70 단계에서, 상기 제어부(400)는 마이크로 로봇(MCRB)에 대한 움직임을 감지하고, 궤적에 대한 보정을 수행한다. 이는 혈류의 부하에 대응하기 위한 것으로, 본 과정에서 상기 위치인식부(300)를 통해 마이크로 로봇(MCRB)의 궤적을 인지한다. 따라서, S80 단계를 통해, 상기 제어부(400)는 X축 헬름홀츠 코일(HCX), Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 및 Z축 맥스웰 코일(MCZ)로 인가되는 전류량 정보를 토대로 마이크로 로봇(MCRB)의 움직임이 정상적인지를 판단한다. 예컨대, 각 X축 헬름홀츠 코일(HCX), Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 및 Z축 맥스웰 코일(MCZ)로 인가된 전류량 정보를 기준으로 마이크로 로봇(MCRB)의 유동 속도가 기준치 이하일 경우, 혈류에 의한 부하가 큰 것으로 판단한다. 따라서, 제어부(400)는 S90 단계를 통해 각 X축 헬름홀츠 코일(HCX), Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 및 Z축 맥스웰 코일(MCZ)로 인가되는 전류량을 보정하여 마이크로 로봇(MCRB)의 유동 속도를 보정한다.In step S70, the
반면, S80 단계에서 판단한 결과 코일 시스템으로 인가되는 전류량 정보를 기준으로 마이크로 로봇(MCRB)의 유동 속도가 정상범위일 경우, S40 단계로 피드백하여 기 설정된 마이크로 로봇(MCRB)의 경로에 따라 각 X축 헬름홀츠 코일(HCX), Y축 헬름홀츠 코일(HCY) 및 Z축 맥스웰 코일(MCZ)로 인가되는 전류량을 조정한다. On the other hand, when the flow velocity of the micro robot (MCRB) is in the normal range based on the amount of current applied to the coil system as a result determined in step S80, it is fed back to the step S40 to each X axis according to the path of the preset micro robot (MCRB) The amount of current applied to the Helmholtz coil HCX, the Y-axis Helmholtz coil HCY, and the Z-axis Maxwell coil MCZ is adjusted.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many other obvious modifications can be made therein without departing from the scope of the invention. Accordingly, the scope of the present invention should be interpreted by the appended claims to cover many such variations.
도 1은 종래의 2차원 평면 전자기 구동장치를 나타낸 구성도. 1 is a block diagram showing a conventional two-dimensional planar electromagnetic drive device.
도 2는 종래의 다른 2차원 평면 전자기 구동장치를 나타낸 구성도. Figure 2 is a block diagram showing another conventional two-dimensional planar electromagnetic drive device.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 평면 전자기 구동장치의 개략적인 구성을 보여주는 사시도. Figure 3 is a perspective view showing a schematic configuration of a two-dimensional planar electromagnetic drive device according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 평면 전자기 구동장치를 나타내는 평면도. Figure 4 is a plan view showing a two-dimensional planar electromagnetic drive device according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 평면 전자기 구동장치의 개념을 설명하기 위한 구성도. Figure 5 is a block diagram illustrating the concept of a two-dimensional planar electromagnetic drive device according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 평면 전자기 구동장치의 사용 예를 설명하기 위한 구성도. 6 is a configuration diagram illustrating an example of use of a two-dimensional planar electromagnetic driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 평면 전자기 구동장치의 동작 상태를 설명하기 위한 플로우챠트. 7 is a flow chart for explaining the operating state of the two-dimensional planar electromagnetic drive apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 평면 전자기 구동장치와 종래 구동장치를 비교하기 위한 구성도. 8 is a block diagram for comparing a two-dimensional planar electromagnetic drive device and a conventional drive device according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 평면 전자기 구동장치를 나타내는 사진. Figure 9 is a photograph showing a two-dimensional planar electromagnetic drive device according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 평면 전자기 구동장치의 구동원리를 설명하기 위한 구성도. 10 is a configuration diagram for explaining the driving principle of a two-dimensional planar electromagnetic driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100:로봇 정렬부 110:X축 헬름홀츠 코일100: robot alignment unit 110: X axis Helmholtz coil
120:Y축 헬름홀츠 코일 200:로봇 추진부120: Y-axis helmholtz coil 200: robot propulsion unit
210:Z축 맥스웰 코일 300:위치인식부210: Z-axis Maxwell coil 300: Position recognition part
400:제어부 S:임의의 공간400: control unit S: random space
MCRB:마이크로 로봇 a:방향정렬모듈MCRB: Micro Robot a: Directional Alignment Module
b:로봇추진모듈b: robot propulsion module
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