KR101330533B1 - Apparatus for controlling micro robot using moving stage - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동 스테이지를 이용한 마이크로 로봇 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동 스테이지를 이용하여 마이크로 로봇의 작업 공간을 제어할 수 있는 마이크로 로봇 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a micro robot control apparatus using a moving stage, and more particularly, to a micro robot control apparatus capable of controlling a work space of a micro robot using the moving stage.
최근 마이크로 로봇을 이용한 외과적 수술 및 생명공학 분야에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. Recently, many researches have been conducted in the field of surgical and biotechnology using micro robots.
기존의 전자기장을 이용한 마이크로 로봇의 제어는 헬름홀츠 코일을 이용하여 코일 사이에 균일한 자계를 형성하여 로봇의 방향을 제어하고 맥스웰 코일을 이용하여 로봇의 이동 속도 제어를 한다. 관련된 배경기술은 국내특허등록 제1128045호에 개시되어 있다.The control of the micro robot using the existing electromagnetic field controls the direction of the robot by forming a uniform magnetic field between the coils using Helmholtz coils and the movement speed of the robots using Maxwell coils. Related background technologies are disclosed in Korean Patent Registration No. 1128045.
도 1은 일반적인 원형코일에서의 전자기장을 나타낸다. 원형코일에 전류를 인가하면 자장이 발생한다. 원형코일 중심에서 발생되는 전자기장의 세기는 원형코일 중심에서 가장 크고 중심에서 멀어질수록 점차 작아진다. 이러한 원리를 이용하여 헬름홀츠 코일과 맥스웰 코일을 구성할 수 있다.1 shows an electromagnetic field in a general circular coil. When a current is applied to the circular coil, a magnetic field is generated. The intensity of the electromagnetic field generated at the center of the circular coil is largest at the center of the circular coil and gradually decreases as it moves away from the center. Using this principle, Helmholtz coils and Maxwell coils can be constructed.
도 2는 기존의 헬름홀츠 코일의 구성도이다. 헬름홀츠 코일은 마이크로 로봇의 방향을 제어하는 방향제어 코일로서, 코일 1,2를 포함하는 한 쌍의 원형코일로 구성된다. 도 2의 (a)를 참조하면, 두 원형코일의 규격(반지름, 코일 감은수)은 서로 동일하고, 두 원형코일 사이의 거리는 코일의 반지름(R)과 같다. 원형코일에 인가되는 전류의 크기 및 방향은 두 원형코일 모두에 대해 동일하다. 마이크로 로봇은 자화되어 있어야 하며 두 원형코일 사이의 공간에 위치한다.2 is a configuration diagram of a conventional Helmholtz coil. The Helmholtz coil is a direction control coil for controlling the direction of the micro robot, and is composed of a pair of circular coils including coils 1,2. Referring to (a) of FIG. 2, the specifications (radius, coil winding number) of two circular coils are the same, and the distance between the two circular coils is equal to the radius R of the coil. The magnitude and direction of the current applied to the circular coil is the same for both circular coils. The micro robot must be magnetized and located in the space between the two circular coils.
도 2의 (b)와 같이, 두 원형코일에 의해 형성되는 자기장의 세기는 각각의 코일에서 생성되는 자기장의 합이다. 즉, 두 원형코일에 의해 형성된 자기장을 합하면 코일 사이에서 '균일 자기장 영역'이 형성된다. 자화된 마이크로로봇은 균일 자기장 영역 내에서는 자기장 방향과 일치하는 방향으로 회전한다.As shown in (b) of FIG. 2, the strength of the magnetic field formed by the two circular coils is the sum of the magnetic fields generated in each coil. That is, when the magnetic fields formed by the two circular coils are combined, a 'uniform magnetic field region' is formed between the coils. The magnetized microrobot rotates in a direction consistent with the direction of the magnetic field within the uniform magnetic field region.
도 3은 도 2에 맥스웰 코일이 배치된 구성도이다. 맥스웰 코일은 마이크로 로봇의 이동속도를 제어하는 이동속도제어 코일로서 코일A,B를 포함하는 한 쌍의 원형코일로 구성된다. 도 3의 (a)에서 안쪽에 있는 한 쌍의 코일은 헬름홀츠 코일(오렌지색), 바깥쪽에 있는 한 쌍의 코일은 맥스웰 코일(녹색 참조)이다. 맥스웰 코일을 구성하는 두 코일 A,B의 규격(반지름, 코일 감은수)은 서로 동일하고, 두 코일 A,B 사이의 거리는 코일의 반지름에 을 곱한 값과 같다. 또한 두 코일 A,B에 인가되는 전류의 크기는 동일하되 방향은 반대이다. 이는 앞서 헬름홀츠 코일의 경우와는 구별된다.3 is a configuration diagram in which the Maxwell coil is disposed in FIG. 2. Maxwell coil is a moving speed control coil that controls the moving speed of the micro robot and is composed of a pair of circular coils including coils A and B. In FIG. 3A, the inner coil is a Helmholtz coil (orange), and the outer coil is a Maxwell coil (see green). The specifications of the two coils A and B constituting the Maxwell coil (radius, coil winding number) are the same, and the distance between the two coils A and B is equal to the radius of the coil. Is equal to the product of In addition, the currents applied to the two coils A and B have the same magnitude but the opposite directions. This is distinguished from the case of the Helmholtz coil.
도 3의 (b)를 참조하면, 두 코일 A,B에 의해서 형성된 자기장의 세기는 각각의 코일에서 생성되는 자기장의 합이다. 다만, 헬름홀츠 코일과는 달리 두 코일 A,B의 전류 방향이 반대이므로, 두 코일 A,B에 의해 형성된 자기장을 합하면 두 코일 사이에서 '균일 경사 자기장 영역'이 형성된다. 여기서, 균일 경사 자기장의 기울기는 마이크로 로봇의 이동 속도를 제어하는 요소로서, 자화된 마이크로 로봇은 균일한 경사 자기장 영역 내에서 자기장의 기울기에 대응하는 속도로 이동한다.Referring to FIG. 3B, the strength of the magnetic field formed by the two coils A and B is the sum of the magnetic fields generated in each coil. However, unlike the Helmholtz coil, since the current directions of the two coils A and B are opposite, the magnetic field formed by the two coils A and B is combined to form a 'uniform gradient magnetic field region' between the two coils. Here, the inclination of the uniform gradient magnetic field is an element that controls the moving speed of the microrobot, and the magnetized microrobot moves at a speed corresponding to the inclination of the magnetic field in the uniform gradient magnetic field region.
그런데 이상과 같은 종래의 마이크로 로봇 제어에서는 마이크로 로봇이 움직일 수 있는 작업 공간이 협소하다. 따라서, 마이크로 로봇이 움직일 수 있는 작업 영역을 확장시킬 필요가 있다.However, in the conventional micro robot control as described above, the working space in which the micro robot can move is narrow. Therefore, there is a need to expand the working area in which the micro robot can move.
본 발명은 이동 스테이지를 이용하여 마이크로 로봇의 작업 공간을 제어할 수 있는 이동 스테이지를 이용한 마이크로 로봇 제어장치를 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a micro-robot control device using a moving stage that can control the working space of the micro-robot using the moving stage.
본 발명은, 반지름이 서로 동일하고 서로 이격되어 있는 동축의 제1 및 제2 원형코일을 포함하며, 상기 이격된 공간상의 일부 공간에 균일 자기장 영역을 형성하여 상기 균일 자기장 영역 내에 있는 마이크로 로봇의 방향을 제어하는 방향제어 코일부와, 상기 균일 자기장 영역을 형성하기 위하여 제1 및 제2 원형코일에 동일한 전류 방향을 갖는 전류 값을 각각 공급하는 전원공급부와, 상기 마이크로 로봇의 현재 위치를 감시하는 영상감시부, 및 상면에 상기 마이크로 로봇이 배치되고, 상기 마이크로 로봇의 현재 위치가 상기 균일 자기장 영역을 벗어난 경우, 상기 마이크로 로봇이 상기 균일 자기장 영역 내에 위치하도록 이동하는 이동 스테이지를 포함하는 마이크로 로봇 제어장치를 제공한다.The present invention includes coaxial first and second circular coils having the same radius and spaced apart from each other, and forms a uniform magnetic field region in a part of spaces spaced apart from each other so that the direction of the micro robot is within the uniform magnetic field region. A direction control coil unit for controlling the power supply, a power supply unit supplying current values having the same current direction to the first and second circular coils to form the uniform magnetic field region, and an image for monitoring the current position of the micro robot A microrobot control device including a monitoring unit and a moving stage on which the microrobot is disposed, and the microrobot moves to be within the uniform magnetic field area when the current position of the microrobot is outside the uniform magnetic field area. To provide.
또한, 상기 마이크로 로봇 제어장치는, 상기 일부 공간에 균일 자기장 영역을 형성하기 위한 상기 제1 및 제2 원형코일의 전류 값을 결정하여 상기 전원공급부로 전달하는 전류량 제어부를 더 포함할 수 있다.The micro robot control apparatus may further include a current amount controller configured to determine current values of the first and second circular coils to form a uniform magnetic field region in the partial space and transmit the current values to the power supply unit.
또한, 상기 마이크로 로봇 제어장치는, 상기 마이크로 로봇의 현재 위치가 상기 균일 자기장 영역으로부터 벗어난 거리 및 방향을 파악하여 상기 이동 스테이지의 변위를 제어하는 스테이지 제어부를 더 포함할 수 있다.The micro robot controller may further include a stage controller configured to determine a distance and a direction in which the current position of the micro robot deviates from the uniform magnetic field region to control displacement of the moving stage.
여기서, 상기 이동 스테이지는, 상기 제1 원형코일과 제2 원형코일의 중앙부를 관통하는 길이 방향으로 배치되어 있을 수 있다.Here, the moving stage may be arranged in the longitudinal direction passing through the central portion of the first circular coil and the second circular coil.
또한, 상기 마이크로 로봇 제어장치는, 상기 제1 및 제2 원형코일의 외측면에 각각 배치된 동축의 제3 및 제4 원형코일을 포함하며, 상기 일부 공간에 균일 경사 자기장 영역을 형성하여 상기 마이크로 로봇의 속도를 제어하는 속도제어 코일부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 전원공급부는, 상기 균일 경사 자기장 영역을 형성하기 위하여 제3 및 제4 원형코일에 서로 반대의 전류 방향을 갖는 전류 값을 각각 공급할 수 있다.In addition, the micro-robot control device includes a coaxial third and fourth circular coils disposed on the outer surfaces of the first and second circular coils, respectively, and form a uniformly inclined magnetic field region in the partial space to form the micro It may further include a speed control coil unit for controlling the speed of the robot. In this case, the power supply unit may supply current values having opposite current directions to the third and fourth circular coils to form the uniform gradient magnetic field region, respectively.
여기서, 상기 전류량 제어부는, 상기 일부 공간에 균일 경사 자기장 영역을 형성하기 위한 상기 제3 및 제4 원형코일의 전류 값을 결정하여 상기 전원공급부로 전달할 수 있다.The current amount controller may determine current values of the third and fourth circular coils for forming a uniform gradient magnetic field region in the partial space and transmit the current values to the power supply unit.
본 발명에 따른 이동 스테이지를 이용한 마이크로 로봇 제어장치에 따르면, 두 원형코일 사이에 있는 이동 스테이지 위에 마이크로 로봇을 배치하고 이동 스테이지를 이동시켜서 마이크로 로봇의 작업 거리 및 공간을 제어하고 확장할 수 있으며 이를 바탕으로 다양한 응용에 적용할 수 있는 이점이 있다.According to the micro-robot control device using the moving stage according to the present invention, by placing the micro robot on the moving stage between the two circular coils and by moving the moving stage can control and expand the working distance and space of the micro robot, This has the advantage of being applicable to various applications.
도 1은 일반적인 원형코일에서의 전자기장을 나타낸다.
도 2는 기존의 헬름홀츠 코일의 구성도이다.
도 3은 도 2에 맥스웰 코일이 배치된 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 스테이지를 이용한 마이크로 로봇 제어를 설명하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 스테이지를 이용한 마이크로 로봇 제어장치의 구성도이다. 1 shows an electromagnetic field in a general circular coil.
2 is a configuration diagram of a conventional Helmholtz coil.
3 is a configuration diagram in which the Maxwell coil is disposed in FIG. 2.
4 is a conceptual diagram illustrating micro robot control using a moving stage according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram of a micro robot control apparatus using a moving stage according to an embodiment of the present invention.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이동 스테이지를 이용한 마이크로 로봇 제어를 설명하는 개념도이다. 4 is a conceptual diagram illustrating micro robot control using a moving stage according to an embodiment of the present invention.
도 4에는 마이크로 로봇(10)의 방향을 제어하는 방향제어 코일부(110), 마이크로 로봇(10)의 이동 속도를 제어하는 속도제어 코일부(170), 좌우 이동 가능한 이동 스테이지(140), 그리고 이동 스테이지(140)의 상면에 배치된 마이크로 로봇(10)이 도시되어 있다. 여기서, 필요에 따라 속도제어 코일부를 제외하고 방향제어 코일부만으로 구성하는 것도 가능하다. 4 illustrates a direction
방향제어 코일부(110)는 제1 및 제2 원형코일(111,112)로 구성되어 있으며 헬름홀츠 코일에 해당된다. 속도제어 코일부(170)는 제3 및 제4 원형코일(171,172)로 구성되어 있으며 맥스웰 코일에 해당된다. The direction
마이크로 로봇(10)은 전자기장에 의해서 방향 및 속도가 제어되며 전자기장에 반응하기 위해서 강자성체(Hard magnet) 또는 연자성체(Soft magnet) 성질을 가진다.The
마이크로 로봇(10)의 이동 방향 제어를 위해서는 상기 제1 및 제2 원형코일(111,112)로 구성된 헬름홀츠 코일을 이용한다. 상기 제1 및 제2 원형코일(111,112)은 서로 동축으로 평행하게 이격 배치되어 있으며, 반지름 및 코일 감은수가 서로 동일하고, 상호 동일한 방향의 전류가 인가된다. 여기서, 두 코일(111,112) 간의 간격은 코일(111)의 반지름과 동일한데, 물론 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다.In order to control the movement direction of the
이러한 제1 및 제2 원형코일(111,112)은 그 이격된 공간상의 일부 공간에 균일 자기장 영역을 형성하여, 균일 자기장 영역 내에 있는 마이크로 로봇(10)의 방향을 제어한다. 균일 자기장이 형성되는 원리는 앞서 도 2를 통해 설명한 바 있다. 이러한 균일 자기장 영역을 이용하면 마이크로 로봇의 이동 방향을 제어할 수 있다. The first and second
그리고, 마이크로 로봇(10)의 이동 속도 제어를 위해서는 상기 제3 및 제4 원형코일(171,172)로 구성된 맥스웰 코일을 이용한다. 상기 제3 및 제4 원형코일(171,172)은 맥스웰 코일에 해당되는 것으로서, 제1 및 제2 원형코일(111,112)의 외측면에 각각 배치되며 서로 동축으로 평행하게 배치되어 있다. 제3 및 제4 원형코일(171,172)은 상호 간에 반지름 및 코일 감은수가 동일하고, 서로 반대 방향의 전류가 인가된다. In addition, the Maxwell coil composed of the third and fourth
이러한 제3 및 제4 원형코일(171,172)은 그 이격된 공간상의 상기 일부 공간에 균일 경사 자기장 영역을 형성하여 마이크로 로봇(10)의 속도를 제어한다. 균일 경사 자기장이 형성되는 원리는 앞서 도 3을 통해 설명한 바 있다. 이러한 균일 경사 자기장 영역을 이용하면 마이크로 로봇의 이동 속도를 제어할 수 있다. 즉, 마이크로 로봇은 균일한 경사 자기장 영역 내에서 자기장의 기울기에 대응하는 속도로 이동한다.The third and fourth
도 4의 경우 헬름홀츠 코일에 따른 '균일 자기장 영역'이 일부 공간 상에 형성된 것을 도시하고 있으나, 해당 공간에는 맥스웰 코일의 동작에 따른 균일 경사 자기장 영역도 형성되게 된다. 물론, 맥스웰 코일을 사용하지 않거나 동작시키기 않을 경우에는 균일 자기장 영역만이 형성된다.In FIG. 4, although the 'uniform magnetic field region' according to the Helmholtz coil is formed in a part of the space, the uniformly inclined magnetic field region according to the operation of the Maxwell coil is also formed in the space. Of course, when the Maxwell coil is not used or operated, only a uniform magnetic field region is formed.
일반적으로 제1 및 제2 원형코일(111,112)에 흐르는 전류 값이 동일하면 균일 자기장 영역은 두 코일(111,112) 사이 공간 중에서도 중심 공간에 형성된다. 또한, 제3 및 제4 원형코일(171,172)에 흐르는 전류 값이 동일하면 균일 경사 자기장 영역은 두 코일(171,172) 사이 공간 중에서도 중심 공간에 형성된다. In general, when the current values flowing through the first and second
여기서, 제1 및 제2 원형코일(111,112)에 흐르는 전류 값에 차등을 주면, 균일 자기장 영역의 위치를 중심으로부터 좌측 또는 우측으로 이동시킬 수 있다. 또한, 그 외곽에 배치된 제3 및 제4 원형코일(171,172)에 흐르는 전류 값에 차등을 주면, 균일 경사 자기장 영역의 위치 또한 중심에서 좌측 또는 우측으로 이동시킬 수도 있다.In this case, when the current values flowing through the first and second
도 4의 (a)는 마이크로 로봇(10)이 균일 자기장 영역 내의 자기장 방향에 따라 이동하여 균일 자기장 영역(또는 균일 경사 자기장 영역)을 벗어난 경우를 도시하고 있다. 이러한 경우, 도 4의 (b)와 같이 이동 스테이지(140)가 마이크로 로봇(10)의 이동 방향과 반대 방향으로 이동하면, 마이크로 로봇(10)이 균일 자기장 영역(또는 균일 경사 자기장 영역) 내에 들어오게 된다.FIG. 4A illustrates a case where the
본 실시예에서는 이와 같이 마이크로 로봇(10)의 작업 스테이지 즉, 이동 스테이지(140)를 이동시켜서 로봇의 작업 영역을 제어하고 확장할 수 있다. In this embodiment, the work stage of the
한편, 앞서와 같이 서로 쌍을 이루는 두 코일에 대한 전류 값에 차등을 주게 될 경우에는 균일 자기장 영역(또는 균일 경사 자기장 영역)의 위치가 좌측 또는 우측으로 이동하게 됨을 설명한 바 있다. 이렇게 자기장 영역이 이동하여 로봇이 해당 영역을 벗어날 경우에도 이동 스테이지(140)를 이동시키면 변경된 균일 자기장 영역(또는 균일 경사 자기장 영역) 내에 로봇이 위치하도록 제어할 수 있다.On the other hand, as described above, when the current values for the two coils paired with each other, the position of the uniform magnetic field region (or uniform gradient magnetic field region) has been described to move to the left or right. Even when the magnetic field region moves and the robot moves out of the region, moving the moving
이외에도, 이동 스테이지(140)와 마이크로 로봇(10)은 제자리에 있고 코일 전체가 좌우로 이동 가능한 경우가 있는데, 이때에는 상대적으로 제자리에 있는 마이크로 로봇(10)이 균일 자기장 영역을 벗어난 것과 같은 효과가 발생한다. 이러한 경우에도 이동 스테이지(140)를 이동시켜 마이크로 로봇(10)이 균일 자기장 영역(또는 균일 경사 자기장 영역) 내로 들어올 수 있도록 제어할 수 있다.In addition, the
이하에서는 상기의 내용을 바탕으로 본 발명의 실시예에 따른 이동 스테이지를 이용한 마이크로 로봇 제어장치에 관하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 스테이지를 이용한 마이크로 로봇 제어장치의 구성도이다. Hereinafter, a microrobot control apparatus using a moving stage according to an embodiment of the present invention will be described based on the above contents. 5 is a block diagram of a micro robot control apparatus using a moving stage according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 마이크로로봇 제어장치(100)는 방향제어 코일부(110), 전원공급부(120), 영상감시부(130), 이동 스테이지(140), 전류량 제어부(150), 스테이지 제어부(160)를 포함한다. Referring to FIG. 5, the
상기 방향제어 코일부(110)는 제1 및 제2 원형코일(111,112)을 포함하며, 앞서 설명한 바와 같이 제1 및 제2 원형코일(111,112) 간의 이격된 공간상의 일부 공간에 균일 자기장 영역을 형성하여 상기 균일 자기장 영역 내에 있는 마이크로 로봇(10)의 방향을 제어한다. 즉, 마이크로 로봇(10)은 상기 균일 자기장 영역에 표시된 자기장 방향(화살표 참조; 오른쪽 방향)으로 이동한다. 도 6에서 균일 자기장 영역의 경우 다른 주변 영역과 달리 자기장 크기가 동일(화살표 길이가 동일)한 것을 확인할 수 있다.The direction
상기 전원공급부(120)는 상기 균일 자기장 영역을 형성하기 위하여 제1 및 제2 원형코일(111,112)에 동일한 전류 방향을 갖는 전류 값을 각각 공급한다. 즉, 전원공급부(120)는 제1 및 제2 원형코일(111,112)이 헬름홀츠 코일로 동작하도록 각 코일에 전류 값을 제공한다. The
여기서, 앞서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 원형코일(111,112)에 서로 동일한 전류 값이 인가되면 두 코일(111,112)의 사이의 중앙 지점에 균일 자기장 영역이 형성되고, 전류 값에 차등이 가해지면 균일 자기장 영역의 형성 위치가 중앙 지점으로부터 좌측 또는 우측으로 조절될 수도 있다.As described above, when the same current value is applied to the first and second
상기 전류량 제어부(150)는 상기 일부 공간에 균일 자기장 영역을 형성하기 위한 제1 및 제2 원형코일(111,112)의 전류 값을 결정하고, 이를 전원공급부(120)로 전달한다. 이에 따라, 전원공급부(120)는 상기 전류량 제어부(150)에서 결정된 각각의 전류 값을 상기 제1 및 제2 원형코일(111,112)로 개별 공급한다.The
상기 영상감시부(130)는 마이크로 로봇(10)의 현재 위치를 감시하는 부분이다. 물론, 이러한 영상감시부(130)는 마이크로 로봇(10)의 시간에 따른 위치를 바탕으로 속도 및 방향을 감지할 수 있다.The
상기 이동 스테이지(140)는 상기 제1 원형코일(111)과 제2 원형코일(112)의 중앙부를 관통하는 길이 방향으로 배치되어 있다. 이동 스테이지(140)의 상면에는 마이크로 로봇(10)이 배치되어 있다. 즉, 이동 스테이지(140)는 마이크로 로봇(10)의 작업 영역이 포함되어 있다.The moving
이동 스테이지(140)는 도 4의 경우와 같이 마이크로 로봇(10)의 현재 위치가 균일 자기장 영역을 벗어난 경우, 상기 마이크로 로봇(10)이 상기 균일 자기장 영역 내에 위치하도록 자체적으로 이동한다. 이러한 이동 스테이지(140)에 따르면, 마이크로 로봇(10)이 항상 균일 자기장 영역 내에 위치하도록 한다. 이동 스테이지(140)의 이동은 구체적으로 스테이지 제어부(160)의 제어에 따른다.As in the case of FIG. 4, when the current position of the
상기 스테이지 제어부(160)는 영상감시부(130)에서 감지된 마이크로 로봇(10)의 현재 위치와 상기 균일 자기장 영역의 위치를 비교하며, 마이크로 로봇(10)의 현재 위치가 상기 균일 자기장 영역(ex, 균일 자기장 영역의 중심)으로부터 벗어난 거리 및 방향을 파악하고, 이를 바탕으로 이동 스테이지(140)의 변위를 제어한다. 그 예로서, 이동 스테이지(140)는 마이크로 로봇(10)이 이동한 거리만큼 이동하되 로봇(10)의 이동 방향과는 반대 방향으로 이동하여 마이크로 로봇(10)이 항상 균일 자기장 영역 내에 위치하도록 제어한다.The
여기서, 스테이지 제어부(160)는 상기 균일 자기장 영역의 위치를 미리 알고 있을 수 있다. 예를 들어, 두 원형코일(111,112)에 동일한 전류가 흐를 경우 두 코일(111,112) 사이의 중앙 지점에 균일 자기장 영역이 형성된다. 이러한 경우 스테이지 제어부(160)는 균일 자기장 영역은 항상 중앙 지점에 형성됨을 인식하고 있으면 된다. Here, the
만약, 제1 원형코일(111)이 제2 원형코일(112)보다 적은 전류가 흐를 경우에는 균일 자기장 영역이 제1 원형코일(111) 쪽에 가깝게 형성된다(그 반대의 경우는 제2 원형코일에 가깝게 형성된다). 이렇게 각 코일의 전류량에 따라 균일 자기장 영역의 위치가 변동되는 경우에는 스테이지 제어부(160)는 두 코일(111,112)에 공급되는 전류량에 대응하는 균일 자기장 영역의 형성 위치를 미리 DB화 시켜 둔 다음, 전류량 제어부(150)와 연동하여 현재 각 코일(111,112)에 공급된 전류량을 DB와 대조하여 보면 현재 균일 자기장 영역의 형성 위치를 알 수 있게 된다.If less current flows in the first
도 5의 경우, 코일 한 쌍을 이용하여 1축을 제어하고 있지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 않는다. 즉, 현재의 제1 쌍의 코일 축(ex, x축)에 직교한 방향(ex, y축 또는 z축)으로 제2 쌍 또는 제3 쌍의 코일을 배치하여 2차원 또는 3차원의 코일 시스템으로 확장 적용이 가능하다.In the case of Fig. 5, one axis is controlled using a pair of coils, but the present invention is not necessarily limited thereto. That is, a two-dimensional or three-dimensional coil system by arranging a second pair or a third pair of coils in a direction (ex, y-axis or z-axis) orthogonal to the current first pair of coil axes (ex, x-axis). It can be extended to.
도 5에는 설명의 편의를 위해 제3 및 제4 원형코일로 구성된 속도제어 코일부(맥스웰 코일)의 구성을 생략 도시한 것이다. 도 5에 속도제어 코일부가 부가될 경우, 제3 및 제4 원형코일은 도 4와 같이 제1 및 제2 원형코일(111,112)의 외측면에 각각 배치된다. 이에 따르면, 상기 일부 공간에 균일 경사 자기장 영역을 형성하여 균일 경사 자기장 영역 내에 있는 마이크로 로봇(10)의 이동 속도를 제어할 수 있다.For convenience of description, FIG. 5 omits the configuration of the speed control coil unit (Maxwell coil) composed of the third and fourth circular coils. When the speed control coil unit is added to FIG. 5, the third and fourth circular coils are disposed on the outer surfaces of the first and second
여기서, 전원공급부(120)는 상기 일부 공간에 균일 경사 자기장 영역을 형성하기 위하여 제3 및 제4 원형코일에 서로 반대의 전류 방향을 갖는 전류 값을 각각 공급한다. 즉, 전원공급부(120)는 제3 및 제4 원형코일이 맥스웰 코일로 동작하도록 각 코일에 전류 값을 제공한다. 물론, 앞서와 동일한 원리로 상기 전류량 제어부(150)는, 상기 일부 공간에 균일 경사 자기장 영역을 형성하기 위한 상기 제3 및 제4 원형코일의 전류 값을 결정하여 상기 전원공급부(120)로 전달한다.Here, the
이상과 같은 본 발명에 따른 이동 스테이지를 이용한 마이크로 로봇의 제어방법에 따르면, 두 원형코일 사이에 있는 이동 스테이지 위에 마이크로 로봇을 배치하고 이동 스테이지를 이동시켜서 마이크로 로봇의 작업 거리 및 공간을 제어하고 확장할 수 있으며 이를 바탕으로 다양한 응용(ex, 외과적 수술, 생명공학 분야)에 적용할 수 있는 이점이 있다.According to the control method of the micro robot using the moving stage according to the present invention as described above, by placing the micro robot on the moving stage between the two circular coils and by moving the moving stage to control and expand the working distance and space of the micro robot Based on this, there is an advantage that can be applied to various applications (ex, surgical surgery, biotechnology).
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
100: 이동 스테이지를 이용한 마이크로 로봇 제어방법
110: 방향제어 코일부 120: 전원공급부
130: 영상감시부 140: 이동 스테이지
150: 전류량 제어부 160: 스테이지 제어부
170: 속도제어 코일부100: micro robot control method using a moving stage
110: direction control coil 120: power supply
130: video monitoring unit 140: moving stage
150: current amount control unit 160: stage control unit
170: speed control coil
Claims (6)
상기 균일 자기장 영역을 형성하기 위하여 제1 및 제2 원형코일에 동일한 전류 방향을 갖는 전류 값을 각각 공급하는 전원공급부;
상기 마이크로 로봇의 현재 위치를 감시하는 영상감시부; 및
상면에 상기 마이크로 로봇이 배치되고, 상기 마이크로 로봇의 현재 위치가 상기 균일 자기장 영역을 벗어난 경우, 상기 마이크로 로봇이 상기 균일 자기장 영역 내에 위치하도록 이동하는 이동 스테이지를 포함하는 마이크로 로봇 제어장치.A coaxial first and second circular coil having the same radius and spaced apart from each other, and forming a uniform magnetic field region in a part of spaces spaced apart from each other to control the direction of the micro robot in the uniform magnetic field region Control coil unit;
A power supply unit supplying current values having the same current direction to first and second circular coils to form the uniform magnetic field region;
An image monitoring unit for monitoring a current position of the micro robot; And
And a moving stage disposed on an upper surface of the micro robot and moving the micro robot to be within the uniform magnetic field region when the current position of the micro robot is outside the uniform magnetic field region.
상기 일부 공간에 균일 자기장 영역을 형성하기 위한 상기 제1 및 제2 원형코일의 전류 값을 결정하여 상기 전원공급부로 전달하는 전류량 제어부를 더 포함하는 마이크로 로봇 제어장치.The method according to claim 1,
And a current amount controller configured to determine current values of the first and second circular coils to form a uniform magnetic field region in the partial space and transmit the current values to the power supply unit.
상기 마이크로 로봇의 현재 위치가 상기 균일 자기장 영역으로부터 벗어난 거리 및 방향을 파악하여 상기 이동 스테이지의 변위를 제어하는 스테이지 제어부를 더 포함하는 마이크로 로봇 제어장치.The method according to claim 2,
And a stage controller which controls a displacement of the moving stage by determining a distance and a direction in which the current position of the micro robot deviates from the uniform magnetic field region.
상기 이동 스테이지는,
상기 제1 원형코일과 제2 원형코일의 중앙부를 관통하는 길이 방향으로 배치되어 있는 마이크로 로봇 제어장치.The method according to claim 3,
The moving stage includes:
And a micro robot control device disposed in a longitudinal direction penetrating the central portions of the first circular coil and the second circular coil.
상기 제1 및 제2 원형코일의 외측면에 각각 배치된 동축의 제3 및 제4 원형코일을 포함하며, 상기 일부 공간에 균일 경사 자기장 영역을 형성하여 상기 마이크로 로봇의 속도를 제어하는 속도제어 코일부를 더 포함하고,
상기 전원공급부는,
상기 균일 경사 자기장 영역을 형성하기 위하여 제3 및 제4 원형코일에 서로 반대의 전류 방향을 갖는 전류 값을 각각 공급하는 마이크로 로봇 제어장치.The method of claim 4,
Velocity control nose including coaxial third and fourth circular coils disposed on the outer surfaces of the first and second circular coils, respectively, to form a uniform gradient magnetic field region in the partial space to control the speed of the micro robot. Include some more,
The power supply unit,
And a current supplying current values having opposite current directions to third and fourth circular coils to form the uniform gradient magnetic field region.
상기 전류량 제어부는,
상기 일부 공간에 균일 경사 자기장 영역을 형성하기 위한 상기 제3 및 제4 원형코일의 전류 값을 결정하여 상기 전원공급부로 전달하는 마이크로 로봇 제어장치.The method according to claim 5,
The current amount control unit,
And controlling the current values of the third and fourth circular coils to form a uniform gradient magnetic field region in the partial space and transferring the current values to the power supply unit.
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