KR101450091B1 - 마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 전자기 코일 시스템 - Google Patents

마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 전자기 코일 시스템 Download PDF

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김진수
유정훈
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 전자기 코일 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 헬름홀쯔 코일(Helmholtz Coil)과 맥스웰 코일(Maxwell Coil) 각각 한 쌍이 필요한 기존의 전자기 코일 시스템에 비해 더 적은 수의 전자기 코일 구조로 구성함으로써, 구동 시스템의 크기를 줄이고 소모전력을 감소시켜, 전력 효율성 및 공간 효율성을 높일 수 있는 전자기 코일 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 전자기 코일 시스템은, 코일의 권선 중심축이 X축 상에 놓인 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일; 코일의 권선 중심축이 Y축 상에 놓인 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일; 작업 공간 상에서 마이크로 로봇의 위치 및 방향을 감지하는 위치인식시스템; 상기 위치인식시스템에서 얻은 마이크로 로봇의 움직임 정보와 기입력된 마이크로 로봇의 경로 정보를 기반으로 마이크로 로봇의 움직임을 제어하기 위해 X축 헬름홀쯔 코일 또는 Y축 헬름홀쯔 코일에 흐르는 전류공급량을 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 전류 제어 명령에 응답하여 각각의 헬름홀쯔 코일에 해당 전류를 공급하는 전류증폭부를 포함하며, 상기 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일은 서로 대향하여 배치되고, 상기 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일은 서로 대향하여 배치되며, X축 헬름홀쯔 코일과 Y축 헬름홀쯔 코일은 수직으로 교차하여 설치됨으로써 상기 마이크로 로봇의 작업 공간을 형성한다.

Description

마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 전자기 코일 시스템 {ELECTROMAGNETIC COIL SYSTEM FOR DRIVING CONTROL OF A MICRO-ROBOT}
본 발명은 마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 전자기 코일 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 헬름홀쯔 코일(Helmholtz Coil)과 맥스웰 코일(Maxwell Coil) 각각 한 쌍이 필요한 기존의 전자기 코일 시스템에 비해 더 적은 수의 전자기 코일 구조로 구성함으로써, 시스템의 크기를 줄이고 소모전력을 감소시켜, 전력 효율성 및 공간 효율성을 높일 수 있는 전자기 코일 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 기존의 마이크로 로봇 전자기 구동 시스템은 헬름홀쯔 코일과 맥스웰 코일을 이용한 전자석 코일로 구성되고, 각 코일에 전류를 인가할 수 있는 전력증폭기와 마이크로 로봇의 위치를 측정하여 제어할 수 있는 제어부를 포함한다.
여기서, 헬름홀쯔 코일은 동일한 원형코일 한 쌍이 권선 반지름에 해당하는 거리만큼 서로 떨어져서 두 코일의 권선 중심축이 일치하도록 배치되어 있는 것을 의미한다. 또한, 맥스웰 코일은 동일한 원형코일 한 쌍이 권선 반지름의
Figure 112013040785877-pat00001
배에 해당하는 거리만큼 서로 떨어져서 두 코일의 권선 중심축이 일치하도록 배치되어 있는 것을 의미한다. 한편, 마이크로 로봇은 내부에 영구자석이 삽입된, 수 mm 이하의 작은 이동체를 의미한다.
도 1은 종래의 2차원 평면 전자기 코일 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전자기 코일 시스템은 헬름홀쯔 코일들(205, 209, 215, 219)과 맥스웰 코일들(207, 211, 213, 217)로 이루어진다. 상기 헬름홀쯔 코일들은 두 코일 중간에 위치한 마이크로 로봇(229)의 작업 공간 내에서 두 코일의 권선 중심을 연결하는 방향으로 균일한 크기의 자속을 발생시키고, 상기 맥스웰 코일 한 쌍은 상기 방향으로 일정한 비율로 크기가 증가하는 자속을 발생시킴으로써 마이크로 로봇(229)의 회전과 이동을 가능하게 한다.
상술하면, 우선 한 쌍의 헬름홀쯔 코일(205, 209)에 같은 방향으로 전류를 인가함으로써 마이크로 로봇(229)의 작업 공간에 코일의 권선 중심축 방향으로 균일한 크기의 자속을 발생시키면, 마이크로 로봇(229)의 내부 자화 방향과 상기 자속의 방향(이 경우는 수평 방향)이 상이한 경우, 마이크로 로봇(229)에 회전 토크가 작용하게 되어, 마이크로 로봇(229)은 상기 자화 방향과 자속 방향이 일치할 때까지 제자리에서 회전을 하게 된다.
다음으로, 헬름홀쯔 코일(205, 209)의 바깥쪽에 나란히 위치한 한 쌍의 맥스웰 코일(207, 211)에 서로 반대방향으로 동일한 전류를 인가하여, 상기 코일 권선 중심축 방향으로 일정하게 증가하는 자속을 발생시키면 마이크로 로봇(229)은 헬름홀쯔 코일(205, 209)에 의해 정렬된 방향을 따라 이동한다. 이때, 맥스웰 코일(207, 211)에 인가하는 전류의 크기를 이용하여 거리에 따른 자속 변화율을 조절함으로써 마이크로 로봇(229)에 인가되는 추진력을 제어할 수 있고, 전류의 인가 방향을 반대로 함으로써 반대방향으로 추진하도록 제어할 수 있다.
이를 확장하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 직교하는 X축과 Y축 방향으로 각각 헬름홀쯔 코일들(205, 209, 215, 219)과 맥스웰 코일들(207, 211, 213, 217)을 한 쌍씩 구성함으로써, 평면(X-Y평면) 상에서 임의의 방향과 위치로의 마이크로 로봇 구동이 가능하다.
그러나, 종래의 전자기 코일 시스템은 총 4쌍의 코일, 즉, 2 쌍의 헬름홀츠 코일과 2 쌍의 맥스웰 코일을 사용하기 때문에 부피가 크고 전력소모가 많다는 단점이 있다. 또한, 이러한 단점 때문에 특히 의료 분야에의 적용에 있어서 마이크로 로봇의 작업공간에 비해 마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 2차원 전자기 코일 시스템의 체적이 크고 전력소모가 커서 시스템의 활용이 저하되는 문제점이 발생하고 있다.
등록특허 10-1003132호 (전남대학교산학협력단) 2010.12.15. 등록특허 10-1084722호 (전남대학교산학협력단) 2011.11.11.
본 발명의 목적은 기존의 마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 2차원 전자기 코일 시스템보다 적은 수의 코일을 이용하여 전자기 코일 시스템을 구축하고, 각 코일에 공급되는 전류를 중첩하여 인가함으로써, 마이크로 로봇의 2차원 위치 제어 및 2차원 방향 제어를 수행할 수 있는 2차원 평면 전자기 코일 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 기존의 전자기 코일 시스템과 비교하여 동일한 작업공간과 성능을 가지면서도 시스템의 전체 체적과 소모전력을 줄일 수 있는 2차원 평면 전자기 코일 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 전자기 코일 시스템은, 코일의 권선 중심축이 X축 상에 놓인 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일; 코일의 권선 중심축이 Y축 상에 놓인 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일; 작업 공간 상에서 마이크로 로봇의 위치 및 방향을 감지하는 위치인식시스템; 상기 위치인식시스템에서 얻은 마이크로 로봇의 움직임 정보와 기입력된 마이크로 로봇의 경로 정보를 기반으로 마이크로 로봇의 움직임을 제어하기 위해 X축 헬름홀쯔 코일 또는 Y축 헬름홀쯔 코일에 흐르는 전류공급량을 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 전류 제어 명령에 응답하여 각각의 헬름홀쯔 코일에 해당 전류를 공급하는 전류증폭부를 포함하며, 상기 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일은 서로 대향하여 배치되고, 상기 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일은 서로 대향하여 배치되며, X축 헬름홀쯔 코일과 Y축 헬름홀쯔 코일은 수직으로 교차하여 설치됨으로써 상기 마이크로 로봇의 작업 공간을 형성한다.
상기 제어부는, 크기가 같고 방향이 동일한 회전전류와 크기가 같고 방향이 서로 반대인 추진전류를 중첩한 전류 값을 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일 또는 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일에 각각 인가하여 마이크로 로봇의 방향 전환 및 이동 제어를 수행할 수 있다.
상기 제어부는, 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일에 의한 자속 기울기와 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일에 의한 자속 기울기가 크기는 같고 부호는 반대가 되면서 발생하는 힘이 상쇄되지 않도록 제어할 수 있다.
상기 X축 헬름홀쯔 코일 또는 Y축 헬름홀쯔 코일은 원형 코일 또는 사각 코일로 이루어질 수 있다.
상기 마이크로 로봇은 미리 자화가 되어있는 영구 자석 또는 자화 가능한 강자성체 중 어느 하나의 소재를 사용한 로봇이 될 수 있다.
본 발명에 따른 전자기 코일 시스템은 헬름홀쯔 코일만으로 마이크로 로봇의 위치 및 방향 제어를 수행함으로써, 복잡한 코일 구조를 단순화하여 시스템 체적을 50% 이상 감소시킬 수 있으며, 시스템의 공간 활용 능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자기 코일 시스템은 코일에 인가할 전류량에 대해 미리 가감 연산을 실행한 이후, 코일에 전류를 인가함으로써 종래의 전자기 코일 시스템에 비해 소모전력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자기 코일 시스템은 혈관 이동로봇, 안구로봇, 소화기관 이동 내시경로봇 등으로 적용될 수 있어 의료 로봇 분야의 기반 기술을 개선할 수 있는 기대효과가 있다.
도 1은 종래의 2차원 평면 전자기 코일 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 코일 시스템을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 전자기 코일 시스템의 정면도(Front View)이다.
도 4는 도 2의 전자기 코일 시스템의 평면도(Top Plan View)이다.
도 5는 본 발명의 전자기 코일 시스템의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래의 전자기 코일 시스템과 본 발명의 전자기 코일 시스템을 대비하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 전자기 코일 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 코일 시스템을 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 전자기 코일 시스템의 정면도(Front View)이다. 또한, 도 4는 도 2의 전자기 코일 시스템의 평면도(Top Plan View)이며, 도 5는 본 발명의 전자기 코일 시스템의 구동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 로봇(109)의 구동 제어를 위한 전자기 코일 시스템은, 마이크로 로봇(109)의 작업공간을 중심으로 설치되는 전자기장 생성용 코일 유닛(100)과, 마이크로 로봇(109)의 위치를 인식하기 위한 위치인식 시스템(106)과, 피드백 받은 위치 정보를 기반으로 마이크로 로봇(109)의 방향 전환 및 이동을 제어하도록 전류를 제어하는 제어부(107)와, 상기 제어부(107)의 전류 제어 명령에 응답하여 각 코일에 해당 전류를 공급하는 전류증폭부(108)를 포함한다.
본 발명의 전자기장 생성용 코일 유닛(100)은 서로 직교하는 방향으로 배치되는 2쌍의 헬름홀쯔 코일(101, 102, 103, 104)을 포함할 수 있다. 본 발명의 헬름홀쯔 코일(101, 102, 103, 104)은 마이크로 로봇(109)의 방향 제어 뿐만 아니라 위치 제어도 수행할 수 있다.
이하에서는, 우선 마이크로 로봇(109)의 방향 제어에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 전자기 코일 시스템의 방향 제어는 작업공간을 중심으로 대향 배치되는 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일(101, 102)과 한 쌍의 Y축 헬르홀쯔 코일(103, 104)에 전류를 인가하여 수행할 수 있다. 여기서, X축 헬름홀쯔 코일(101, 102)은 코일의 권선 중심축이 X축 상에 놓인 코일을 의미하며, Y축 헬름홀쯔 코일(103, 104)은 코일의 권선 중심축이 Y축 상에 놓인 코일을 의미한다.
한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일(101, 102)에 동일한 전류
Figure 112013040785877-pat00002
를 인가하였을 때의 자기장은 다음 식과 같다.
Figure 112013040785877-pat00003
여기서
Figure 112013040785877-pat00004
는 진공에서의 투자율,
Figure 112013040785877-pat00005
는 헬름홀쯔 코일의 권선 수,
Figure 112013040785877-pat00006
는 헬름홀쯔 코일의 권선반경을 의미한다. 각각의 X축 헬름홀쯔 코일(101, 102)에 같은 방향으로 동일한 세기의 전류를 인가할 경우, 작업공간(Workspace) 상에는 X축 방향의 균일한 크기의 자기장을 만들 수 있는데 작업공간 중심에서의 자기장 세기를
Figure 112013040785877-pat00007
라하면,
Figure 112013040785877-pat00008
는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112013040785877-pat00009
마찬가지로 Y축 헬름홀쯔 코일(103, 104)에 각각 동일한 전류를 흘려서 Y축 방향의 균일한 크기의 자기장을 만들 수 있다. 이와 같이 구성된 2쌍의 헬름홀쯔 코일(101, 102, 103, 104)를 이용하면 XY평면상에 어떠한 방향으로도 균일한 크기의 자기장을 생성할 수 있다.
균일한 자기장 속에서 마이크로 로봇(109)의 영구자석은 힘을 받지는 않지만 자기장 방향으로 정렬되도록 하는 토크를 받게 되고, 이에 따라 2쌍의 헬름홀쯔 코일(101, 102, 103, 104)을 이용하면 XY평면 상에서 마이크로 로봇(109)의 방향을 원하는 방향으로 정렬시킬 수 있다. 자계 안에서 마이크로 로봇(109)이 받는 토크는 다음과 같다.
Figure 112013040785877-pat00010
여기서
Figure 112013040785877-pat00011
는 마이크로 로봇(109)의 부피,
Figure 112013040785877-pat00012
은 마이크로 로봇(109)의 자화량(Magnetization)을 나타낸다. 2쌍의 헬름홀쯔 코일(101, 102, 103, 104)에 방향과 크기가 같은 전류를 인가하여 생성된 자기장에 의해 마이크로 로봇(109)은
Figure 112013040785877-pat00013
방향으로 정렬된다.
다음으로, 마이크로 로봇(109)의 위치 제어에 대하여 설명하도록 한다.
기존의 2차원 전자기 코일 시스템에서 맥스웰 코일은 거리가 권선반경의
Figure 112013040785877-pat00014
배만큼 떨어져 배치되고, 크기가 균일하게 증가하는 자속을 생성하여 마이크로 로봇을 추진한다. 기존의 2차원 전자기 코일 시스템에서 한 쌍의 맥스웰 코일에 서로 반대 방향으로 동일한 세기의 전류
Figure 112013040785877-pat00015
를 인가할 경우 자기장은 다음과 같다.
Figure 112013040785877-pat00016
맥스웰 코일에 의한 작업공간 중심에서 자기장 세기 변화율은 다음과 같다. 이 변화율을
Figure 112013040785877-pat00017
라 명명하고,
Figure 112013040785877-pat00018
는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013040785877-pat00019
상기와 같은 종래 기술에 비해서, 본 발명의 전자기 코일 시스템은 소비전력과 체적을 줄이기 위해, 방향 제어에 사용한 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일(101, 102) 또는 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일(103, 104)을 이용해서 마이크로 로봇(109)의 추진도 수행한다.
쌍을 이루는 헬름홀쯔 코일에 서로 반대 방향으로 동일한 세기의 전류를 인가할 경우 권선 중심축을 따라서 크기가 증가하는 자속을 만들 수 있다. X축 헬름홀쯔 코일(101, 102)에 크기가 같고 서로 방향이 다른 전류
Figure 112013040785877-pat00020
를 인가하였을 때의 자기장은 헬름홀쯔 코일(101, 102)로 종래의 맥스웰 코일 효과를 내는 것이므로 다음과 같은 식이 성립한다.
Figure 112013040785877-pat00021
헬름홀쯔 코일(101, 102)에 의한 작업공간 중심점에서의 자기장 세기 변화율을
Figure 112013040785877-pat00022
라 하면,
Figure 112013040785877-pat00023
는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013040785877-pat00024
한 쌍의 헬름홀쯔 코일을 이용하는 경우, 한 쌍의 맥스웰 코일을 사용하는 경우보다 선형성은 감소할 수 있으나, 마이크로 로봇(109)을 제어하기엔 충분하고, 오히려 자기장의 기울기는 더 증가하여 같은 전력으로 더 높은 힘을 낼 수 있다.
수학식 5와 수학식 7을 비교하면, 본 발명의 한 쌍의 헬름홀쯔 코일(101, 102)에 의한 자기장 변화율(
Figure 112013040785877-pat00025
)은 종래 기술의 한 쌍의 맥스웰 코일에 의한 자기장 변화율(
Figure 112013040785877-pat00026
)보다 약 1.339배정도 큰 값을 가진다. 즉,
Figure 112013040785877-pat00027
가 성립한다. 한편, 자계 안에서 마이크로 로봇(109)이 받는 힘은 다음 식과 같다.
Figure 112013040785877-pat00028
각각 쌍을 이루는 2쌍의 헬름홀쯔 코일(101과 102, 또는 103과 104)에 서로 반대방향으로 동일한 세기의 전류를 가해주었을 때 마이크로 로봇(109)이 받는 힘은 다음과 같다.
Figure 112013040785877-pat00029
여기서,
Figure 112013040785877-pat00030
는 마이크로 로봇(109)의 부피를 나타내고,
Figure 112013040785877-pat00031
은 마이크로 로봇(109)의 자화량(Magnetization)을 나타낸다. 도 1에 표시한 종래의 전자기 코일 시스템에서는 한 쌍의 X축 맥스웰 코일(207, 211)과 한 쌍의 Y축 맥스웰 코일(213, 217)에 의해 생성되는 자속 기울기를 같게 해주어서
Figure 112013040785877-pat00032
, 마이크로 로봇(229)을 정렬된 방향(θ)으로 추진했다. 즉, 기존의 2차원 전자기 코일 시스템에서 마이크로 로봇(229)이 받는 힘은 다음 식과 같다.
Figure 112013040785877-pat00033
본 발명에서는 종래의 전자기 코일 시스템과 대비하여 같은 힘을 가하면서도 더 적은 전력을 소모할 수 있도록, 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일(101, 102)과 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일(103, 104)에 의해 생성되는 자속 기울기 값이 크기는 같지만 부호가 서로 반대가 되도록 전류를 인가한다
Figure 112013040785877-pat00034
. 이와 같이 전류를 인가할 경우 마이크로 로봇(109)이 받는 힘은 다음과 같다.
Figure 112013040785877-pat00035
즉, θ방향으로 정렬되어 있는 마이크로 로봇(109)을
Figure 112013040785877-pat00036
방향으로 추진 가능하다. 마이크로 로봇(109)의 추진 방향이 마이크로 로봇(109)의 자화벡터(
Figure 112013040785877-pat00037
)과 상이하다는 점은 마이크로 로봇(109)의 움직임을 제어하는 데에 있어서 전혀 문제가 되지 않는다. 오히려 이와 같은 제어 방식을 택함으로써, 동일한 전류를 인가하더라도 기존에 낼 수 있었던 힘 대비 약 4배의 힘을 낼 수 있다. 즉, 수학식 10과 수학식 11의
Figure 112013040785877-pat00038
및
Figure 112013040785877-pat00039
와
Figure 112013040785877-pat00040
및
Figure 112013040785877-pat00041
를 비교하면,
Figure 112013040785877-pat00042
이므로, 같은 전류가 인가되었을 때,
Figure 112013040785877-pat00043
및
Figure 112013040785877-pat00044
는
Figure 112013040785877-pat00045
및
Figure 112013040785877-pat00046
에 비해 대략 4배 더 큰 힘을 발생시킬 수 있다.
이 밖에도 전술한 바와 같이, 마이크로 로봇(109)의 회전에 필요한 전류와 추진에 필요한 전류를 중첩시킴으로써, 종래의 전자기 코일 시스템에서 헬름홀쯔 코일과 맥스웰 코일에 흐르는 전류의 방향이 상반됨으로써 상쇄되는 성분을 없앨 수 있으므로, 이로 인해 소모되는 전력을 줄일 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 위치인식시스템(106)은 작업공간 상에서 마이크로 로봇(109)의 위치 및 방향을 감지한다. 위치인식시스템(106)은 외부에 노출된 환경에서 구동될 경우 카메라를 이용할 수 있고, 외부에 노출되지 않은 환경에서 구동될 경우 CT 혹은 MRI를 이용할 수 있다.
위치인식시스템(106)에서 감지된 마이크로 로봇(109)의 위치 및 방향 정보는 제어부(107)로 입력된다. 제어부(107)는 위치인식시스템(106)에서 얻은 마이크로 로봇(109)의 움직임 정보와 기입력된 마이크로 로봇(109)의 경로 정보를 기반으로 마이크로 로봇(109)의 움직임을 제어하기 위해 헬름홀쯔 코일(101, 102, 103, 104)에 흐르는 전류공급량을 제어한다.
전류증폭부(108)는 제어부(107)의 전류 제어 명령에 응답하여 각각의 헬름홀쯔 코일(101, 102, 103, 104)에 해당 전류를 공급한다.
도 6은 종래의 전자기 코일 시스템과 본 발명의 전자기 코일 시스템을 대비하기 위한 도면이다. 도 6의 (a)는 종래의 전자기 코일 시스템의 구조를 나타내는 평면도이며, 도 6의 (b)는 본 발명의 전자기 코일 시스템의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전자기 코일 시스템은 종래 기술에 비해 체적이 감소한 형태를 가지며, 전술한 바와 같이 동일한 전류를 인가했을 때 더 큰 힘을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 전자기 코일 시스템은 맥스웰 코일 없이 쌍을 이루는 헬름홀쯔 코일(101, 102, 103, 104)만으로 마이크로 로봇(109)의 회전 제어뿐만 아니라 이동 제어까지 수행할 수 있다. 이를 위하여, 각각 쌍을 이루는 헬름홀쯔 코일(101와 102, 또는 103와 104)에 동일한 전류를 인가하는 것이 아니라, 종래 기술에 있어서 헬름홀쯔 코일과 맥스웰 코일에 의해서 마이크로 로봇의 작업 공간에 발생하는 자기장과 유사한 자기장이 형성될 수 있도록, 각각 쌍을 이루는 헬름홀쯔 코일(101와 102, 또는 103와 104)에 서로 다른 전류를 인가한다. 본 발명의 개념을 확장하면, 3쌍의 헬름헬쯔 코일을 적용하여 마이크로 로봇(109)의 3자유도 이동 제어도 수행할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 전자기장 생성용 코일 유닛
101, 102, 103, 104: 헬름홀쯔 코일
106: 위치인식시스템
107: 제어부
108: 전류증폭부
109: 마이크로 로봇

Claims (4)

  1. 마이크로 로봇의 구동 제어를 위한 전자기 코일 시스템으로서,
    코일의 권선 중심축이 X축 상에 놓인 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일;
    코일의 권선 중심축이 Y축 상에 놓인 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일;
    작업 공간 상에서 마이크로 로봇의 위치 및 방향을 감지하는 위치인식시스템;
    상기 위치인식시스템에서 얻은 마이크로 로봇의 움직임 정보와 기입력된 마이크로 로봇의 경로 정보를 기반으로 마이크로 로봇의 움직임을 제어하기 위해 X축 헬름홀쯔 코일 또는 Y축 헬름홀쯔 코일에 흐르는 전류공급량을 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 전류 제어 명령에 응답하여 각각의 헬름홀쯔 코일에 해당 전류를 공급하는 전류증폭부를 포함하며,
    상기 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일은 서로 대향하여 배치되고, 상기 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일은 서로 대향하여 배치되며, X축 헬름홀쯔 코일과 Y축 헬름홀쯔 코일은 수직으로 교차하여 설치됨으로써 상기 마이크로 로봇의 작업 공간을 형성하며,
    상기 제어부는 크기가 같고 방향이 동일한 회전전류와 크기가 같고 방향이 서로 반대인 추진전류를 중첩한 전류 값을 한 쌍의 X축 헬름홀쯔 코일 또는 한 쌍의 Y축 헬름홀쯔 코일에 각각 인가하여 마이크로 로봇의 방향 전환 및 이동 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 전자기 코일 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 X축 헬름홀쯔 코일 또는 Y축 헬름홀쯔 코일은 원형 코일 또는 사각 코일인 것을 특징으로 하는 전자기 코일 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 로봇은 미리 자화가 되어있는 영구 자석 또는 자화 가능한 강자성체 중 어느 하나의 소재를 사용한 로봇인 것을 특징으로 하는 전자기 코일 시스템.
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