KR101524552B1

KR101524552B1 - 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇 및 이를 포함하는 의료용 소형 로봇 시스템

Info

Publication number: KR101524552B1
Application number: KR1020150000711A
Authority: KR
Inventors: 장건희; 최균
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-01-05
Publication date: 2015-05-29
Anticipated expiration: 2035-01-05

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇은 로봇 몸체; 상기 로봇 몸체 상부의 양 끝 단에 결합되는 제1 및 제2 지지대; 상기 로봇 몸체 하부에 결합되고 상기 제1 및 제2 지지대와 수직으로 배치되는 드릴; 상기 제1 및 제2 지지대 중 어느 하나에 형성되고, 외부 자기장에 의하여 자기장 구배 및 균일 회전 자기장을 발생시켜 상기 제1 및 제2 지지대의 동작을 제어하는 제1 자석; 및 상기 드릴에 형성되고, 상기 외부 자기장에 의하여 균일 회전 자기장을 발생시켜 상기 드릴의 동작을 제어하는 제2 자석을 포함한다.

Description

외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇 및 이를 포함하는 의료용 소형 로봇 시스템{SMALL SIZED MEDICAL ROBOT USING EXTERNAL MAGNETIC FIELD AND SMALL SIZED MEDICAL ROBOT SYSTEM}

본 발명의 실시예들은 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇 및 이를 포함하는 의료용 소형 로봇 시스템에 관한 것이다.

마이크로 로봇은 인체 치료를 위한 기존의 외과적 수술 방법을 효과적으로 대체할 수 있는 저침습 고효율의 치료 장치이다. 특히, 외부 자기장으로 구동되는 소형 로봇은 전기적으로 구동되는 소형 로봇과는 달리 전지나 에너지 전달을 위한 유선 에너지 공급 장치가 필요 없으므로 소형화에 유리하고 인체에 보다 안전하게 사용될 수 있다.

이와 같은 장점으로 인해, 소형 로봇은 안구, 혈관, 내장기관 등의 인체에 적용할 목적으로 활발하게 연구되고 있다.

그러나, 기존의 혈관 치료용 소형 로봇은 빠른 회전을 통해 작동되는 것이 대부분이었고 혈관 내벽의 손상 가능성을 고려하지 못하였다.

따라서, 소형 로봇을 사용함에 있어서, 코일 시스템에서 생성되는 외부 자기장을 통해 나사산을 가진 구조를 이용하여 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸는 메커니즘의 개발이 필요하다.

관련 선행기술로는 공개특허공보 제10-2009-0073488(발명의 명칭: 응급처치를 위한 마이크로 로봇, 공개일자: 2011년 2월 17일)가 있다.

본 발명의 일 실시예는 자기장 구배와 균일 회전 자기장을 사용하여 의료용 소형 로봇의 동작(추진 동작, 정렬 동작, 지지 동작, 드릴 동작)을 제어함으로써, 혈관 내벽에 손상을 주지 않으면서 혈관 내 고착된 혈전을 제거할 수 있는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇은 로봇 몸체; 상기 로봇 몸체 상부의 양 끝 단에 결합되는 제1 및 제2 지지대; 상기 로봇 몸체 하부에 결합되고 상기 제1 및 제2 지지대와 수직으로 배치되는 드릴; 상기 제1 및 제2 지지대 중 어느 하나에 형성되고, 외부 자기장에 의하여 자기장 구배 및 균일 회전 자기장을 발생시켜 상기 로봇 몸체 및 상기 제1 및 제2 지지대의 동작을 제어하는 제1 자석; 및 상기 드릴에 형성되고, 상기 외부 자기장에 의하여 균일 회전 자기장을 발생시켜 상기 드릴의 동작을 제어하는 제2 자석을 포함한다.

상기 제1 및 제2 지지대는 서로 반대 방향의 나선구조로 형성된 제1 및 제2 지지대 확장부를 각각 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 지지대는 상기 제1 자석에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 따라 회전 동작하고, 상기 회전 동작에 따라 상기 제1 및 제2 지지대 확장부의 나선 구조를 통해 서로 반대 방향으로 확장하여 상기 로봇 몸체를 지지할 수 있다.

상기 제1 및 제2 지지대 중 상기 제1 자석이 형성되지 않은 나머지 하나에 형성되고, 상기 로봇 몸체 내부에서 상기 제1 자석과 서로 맞물림으로써 상기 제1 및 제2 지지대가 지지 동작을 할 수 있도록 하는 자석 결합핀을 더 포함할 수 있다.

상기 드릴은 나선구조로 형성된 드릴 확장부를 포함하고, 상기 제2 자석에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 따라 회전 동작하며, 상기 회전 동작에 따라 상기 드릴 확장부의 나선 구조를 통해 확장할 수 있다.

상기 드릴은 상기 제2 자석에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 따라 상기 드릴 확장부가 회전 동작 하는 방향과 다른 방향으로 드릴링 함으로써, 혈관 내벽에 고착된 이물질을 제거할 수 있다.

상기 로봇 몸체는 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석 중 적어도 하나가 상기 균일 회전 자기장을 발생시키는 경우, 혈관 내 분지관 지점에서 이동하고자 하는 방향으로 회전 이동할 수 있다.

상기 로봇 몸체는 상기 제1 자석이 상기 자기장 구배를 발생시키는 경우, 혈관의 길이 방향으로 추진 동작할 수 있다.

상기 제1 자석은 N극 및 S극을 가지는 직육면체의 형태로 제작될 수 있다.

상기 제2 자석은 원통의 형태로 제작될 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기장 구배와 균일 회전 자기장을 사용하여 의료용 소형 로봇의 동작(추진 동작, 정렬 동작, 지지 동작, 드릴 동작)을 제어함으로써, 혈관 내벽에 손상을 주지 않으면서 혈관 내 고착된 혈전을 제거할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 의료용 소형 로봇이 자기장 구배를 이용하여 혈관 내에서 추진 동작을 함으로써, 혈관 내벽에 무리를 주지 않고 이동하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 의료용 소형 로봇이 균일 회전 자기장을 이용하여 자세 유지(지지 운동) 및 드릴 운동을 함으로써, 혈관 내벽의 혈전을 안정적으로 제거할 뿐만 아니라, 관 형상을 갖는 인체 내부의 다양한 기관에 사용되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇을 설명하기 위해 도시한 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇을 설명하기 위해 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 지지대에 의해 이루어지는 지지 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 드릴의 확장 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 드릴의 드릴링(드릴 운동)을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 로봇 몸체의 정렬 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 로봇 몸체의 추진 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇의 혈전 제거를 위한 일련의 동작에 대한 실험 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇을 설명하기 위해 도시한 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇을 설명하기 위해 도시한 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇(100)은 로봇 몸체(110), 제1 지지대(120), 제2 지지대(130), 드릴(140), 제1 자석(150), 제2 자석(160), 및 자석 결합핀(170)을 포함할 수 있다.

상기 로봇 몸체(110)는 상기 의료용 소형 로봇(100)의 몸체를 이루는 부분으로서, 상부 몸체 및 하부 몸체로 구성될 수 있다.

상기 상부 몸체의 양 끝 단에는 상기 제1 지지대(120)가 결합되는 제1 지지대 연결부(112), 및 상기 제2 지지대(130)가 결합되는 제2 지지대 연결부(114)가 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 지지대 연결부(112, 114)는 나선 구조를 가지는 구멍 형태로 형성될 수 있다.

상기 하부 몸체의 하단부에는 상기 드릴(140)이 결합되는 드릴 연결부(116)가 형성될 수 있다. 상기 드릴 연결부(116) 역시 상기 제1 및 제2 지지대 연결부(112, 114)와 마찬가지로 나선 구조를 가지는 구멍 형태로 형성될 수 있다.

상기 제1 지지대(120)는 상기 로봇 몸체(110) 상부의 일측 끝 부분에 결합된다. 상기 제1 지지대(120)는 상기 로봇 몸체(110)와의 결합을 위해, 일 방향의 나선 구조로 형성된 제1 지지대 확장부(121)를 포함할 수 있다.

상기 제1 지지대(120)는 상기 제1 지지대 확장부(121)의 나선 구조를 통해 상기 로봇 몸체(110)와 나사 결합될 수 있다. 이를 위해, 상기 로봇 몸체(110)는 상기 제1 지지대 연결부(112)의 내부 둘레에 나사산을 구비할 수 있다.

예컨대, 상기 제1 지지대 확장부(121)는 그 외부 둘레에 나사산이 새겨져 있는 수나사(male screw)로 구현될 수 있고, 상기 로봇 몸체(110)의 상기 제1 지지대 연결부(112)는 그 내부 둘레에 나사산이 새겨져 있는 암나사(female screw)로 구현될 수 있다.

상기 제1 지지대(120)는 상기 제1 지지대 확장부(121)를 통해 상기 로봇 몸체(110)와 나사 결합됨으로써, 상기 제1 자석(150)에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 의해 오른쪽 또는 왼쪽 방향으로 회전 운동할 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회전 운동을 통해 상기 제1 지지대(120)의 길이를 조절할 수 있다.

상기 제2 지지대(130)는 상기 로봇 몸체(110) 상부의 타측 끝 부분에 결합된다. 상기 제2 지지대(130)는 상기 로봇 몸체(110)와의 결합을 위해, 타 방향의 나선 구조로 형성된 제2 지지대 확장부(131)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2 지지대 확장부(131)의 나선 방향은 상기 제1 지지대 확장부(121)의 나선 방향과 반대 방향일 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 및 제2 지지대 확장부(121, 131)는 서로 반대 방향의 나선구조로 형성될 수 있다.

상기 제2 지지대(130)는 상기 제2 지지대 확장부(131)의 나선 구조를 통해 상기 로봇 몸체(110)와 나사 결합될 수 있다. 이를 위해, 상기 로봇 몸체(110)는 상기 제2 지지대 연결부(114)의 내부 둘레에 나사산을 구비할 수 있다.

예컨대, 상기 제2 지지대 확장부(131)는 그 외부 둘레에 나사산이 새겨져 있는 수나사로 구현될 수 있고, 상기 로봇 몸체(110)의 상기 제2 지지대 연결부(114)는 그 내부 둘레에 나사산이 새겨져 있는 암나사로 구현될 수 있다.

상기 제2 지지대(130)는 상기 제2 지지대 확장부(131)를 통해 상기 로봇 몸체(110)와 나사 결합됨으로써, 상기 제1 자석(150)에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 의해 오른쪽 또는 왼쪽 방향으로 회전 운동할 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회전 운동을 통해 상기 제2 지지대(130)의 길이를 조절하여 지지 동작을 수행할 수 있다.

여기서, 상기 지지 동작은 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)의 연계 회전 동작에 의해 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)는 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)가 동시에 다른 방향으로 회전함으로써 상기 로봇 몸체(110)를 지지하는 지지 동작을 수행할 수 있다.

즉, 상기 제1 지지대(120)가 왼쪽으로 회전하면 상기 제2 지지대(130)는 오른쪽으로 회전하고, 상기 제1 지지대가 오른쪽으로 회전하면 상기 제2 지지대(130)는 왼쪽으로 회전할 수 있다. 이와 같이, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)는 서로 반대 방향으로 회전하여 상기 지지 동작을 수행할 수 있다.

상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)의 연계 회전 동작은 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)에 형성되는 상기 제1 자석(150) 및 상기 자석 결합핀(170)이 상기 로봇 몸체(110) 내부에서 서로 맞물림 결합함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)의 회전 동작에 대해서는 상기 자석 결합핀(170)의 설명 시 자세히 다루기로 한다.

상기 드릴(140)은 상기 로봇 몸체(110) 하부에 결합된다. 상기 드릴(140)은 상기 로봇 몸체(110)와의 결합을 위해, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)와 마찬가지로 나선구조로 형성된 드릴 확장부(141)를 포함할 수 있다.

상기 드릴(140)은 상기 드릴 확장부(141)의 나선 구조를 통해 상기 로봇 몸체(110)의 하부에 나사 결합될 수 있다. 이를 위해, 상기 로봇 몸체(110)는 상기 드릴 연결부(116)의 내부 둘레에 나사산을 구비할 수 있다.

예를 들면, 상기 드릴 확장부(141)는 그 외부 둘레에 나사산이 새겨져 있는 수나사로 구현될 수 있고, 상기 로봇 몸체(110)의 드릴 확장부(141)는 그 내부 둘레에 나사산이 새겨져 있는 암나사로 구현될 수 있다.

상기 드릴(140)은 상기 드릴 확장부(141)를 통해 상기 로봇 몸체(110)와 나사 결합됨으로써, 상기 제2 자석(160)에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 따라 회전 동작할 수 있다. 상기 드릴(140)은 상기 회전 동작에 따라 상기 드릴 확장부(141)의 나선 구조를 통해 확장할 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회전 운동을 통해 상기 드릴(140)의 길이를 조절할 수 있다. 상기 드릴(140)의 확장 동작에 대해서는 도 4를 참조하여 자세히 후술한다.

상기 드릴(140)은 상기 제2 자석(160)에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 따라 상기 드릴 확장부(141)가 회전 동작 하는 방향과 다른 방향으로 드릴링 할 수 있다. 이를 위해, 상기 드릴(140)은 상기 드릴 확장부(141)로부터 연장 형성되는 드릴링 지지부(142), 및 상기 드릴링 지지부(142) 사이에 위치하여 회전 축(143)을 중심으로 회전 가능하게 형성되는 드릴링부(144)를 더 포함할 수 있다.

즉, 상기 드릴(140)은 상기 드릴 확장부(141)를 통한 확장 후에 드릴링을 수행하게 되는데, 이러한 드릴(140)의 확장 과정에서, 상기 드릴링 지지부(142) 및 상기 드릴링부(144)는 회전할 수 있다. 이에 따라, 상기 드릴 확장부(141)의 확장이 종료되면, 상기 회전축(143)의 각도는 90도 변경될 수 있다. 따라서, 상기 드릴링부(144)는 상기 회전축(143)을 중심으로 상기 드릴(140)의 확장 전과는 90도 변화된 방향으로 회전하면서 드릴링을 할 수 있다.

예를 들면, 상기 드릴 확장부(141)가 확장하기 이전에 상기 드릴링 지지부(142) 및 상기 드릴링부(144)는 상기 회전축(143)이 Y축을 중심으로 위치해 있다고 가정한다. 이후에, 상기 드릴 확장부(141)가 확장하면서 상기 드릴링 지지부(142) 및 상기 드릴링부(144)는 X축이 중심이 되도록 상기 회전축(143)이 변경됨으로써 90도로 회전 이동 할 수 있다. 상기 회전축(143)이 변경되고 나면, 상기 드릴링부(144)는 Z축 방향으로 드릴링 할 수 있다.

한편, 상기 드릴링부(144)는 그 원주면에 형성된, 다수의 작은 돌기(145)를 포함할 수 있다. 상기 드릴링부(144)는 상기 다수의 작은 돌기(145)를 통해 혈관 내 고착된 혈전을 더욱 효과적으로 드릴링 할 수 있다.

상기 드릴(140)의 드릴링에 대해서는 도 5를 참조하여 자세히 후술한다.

상기 드릴(140)은 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)와 수직으로 배치된다. 이처럼, 상기 드릴(140)은 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)와 서로 교차하는 구조로 형성됨으로써, 하나의 회전 자기장에서 독립적으로 동작할 수 있다.

예를 들면, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)가 상기 제1 자석(150)이 발생시키는 균일 회전 자기장에 의해, 상기 지지 동작을 한다고 가정한다. 이때, 상기 드릴(140)의 확장 동작이나 드릴링은 상기 지지 동작과 함께 이루어지지 않을 수 있다. 반대로, 상기 드릴(140)이 상기 제2 자석(160)이 발생시키는 균일 회전 자기장에 의해, 상기 드릴링을 한다고 가정한다. 이때, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)의 지지 동작은 상기 드릴링과 함께 이루어지지 않을 수 있다.

상기 제1 자석(150)은 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130) 중 어느 하나에 형성된다. 예를 들어 상기 제1 자석(150)은 상기 제1 지지대(120) 내부에 그 일부가 삽입되어 형성될 수 있다.

상기 제1 자석(150)은 외부 자기장에 의하여 자기장 구배 및 균일 회전 자기장을 발생시켜 상기 로봇 몸체(110) 및 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)의 동작을 제어한다. 즉, 상기 제1 자석(150)에 의해 상기 자기장 구배가 발생되는 경우, 상기 로봇 몸체(110)는 혈관의 길이 방향으로 추진 동작할 수 있고, 상기 제1 자석(150)에 의해 상기 균일 회전 자기장이 발생되는 경우, 상기 로봇 몸체(110)는 혈관 내 분지관 지점에서 이동하고자 하는 방향으로 회전 이동할 수 있다.

상기 제1 자석(150)은 N극 및 S극을 가지는 직육면체의 형태로 제작될 수 있다. 상기 제1 자석(150)은 상기와 같이 직육면체의 형태로 형성될 수도 있지만, 이에 한정되지 않고 다른 형태, 예를 들면 정육면체 등 다양한 형태로 제작될 수 있다.

상기 제2 자석(160)은 상기 드릴(140)에 형성된다. 이때, 상기 제2 자석(160)은 상기 드릴링부(144)를 관통하여 형성될 수 있다.

상기 제2 자석(160)은 상기 외부 자기장에 의하여 균일 회전 자기장을 발생시켜 상기 드릴(140)의 동작을 제어한다. 즉, 상기 제2 자석(160)에 의해 상기 균일 회전 자기장이 발생되는 경우, 상기 드릴(140)은 드릴링(드릴 운동)을 할 수 있다. 이로써, 상기 드릴(140)은 혈관 내벽에 고착된 이물질을 제거할 수 있다.

상기 제2 자석(160)은 원형의 단면을 갖는 원통의 형태로 제작될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 다른 형태, 예를 들면 타원형의 단면을 갖는 원통 등 다양한 형태로 제작될 수 있다.

상기 자석 결합핀(170)은 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130) 중 상기 제1 자석(150)이 형성되지 않은 나머지 하나에 형성된다.

예를 들어 상기 자석 결합핀(170)은 상기 제2 지지대(130) 내부에 그 일부가 삽입되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 자석 결합핀(170)은 동일한 길이의 두 개의 핀이 서로 이격된 상태로 제작될 수 있다.

상기 자석 결합핀(170)은 상기 로봇 몸체(110) 내부에서 상기 제1 자석(150)과 서로 맞물림으로써 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)가 지지 동작을 하도록 도움을 줄 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 자석(150)은 상기 제1 지지대(120) 내부에, 상기 자석 결합핀(170)은 상기 제2 지지대(130) 내부에 형성되어 있다고 가정한다. 이 때, 상기 제1 자석(150)은 상기 자석 결합핀(170)의 두 개의 핀 사이에 삽입된 상태로 결합될 수 있다. 이러한 상태에서, 상기 제1 자석(150) 및 상기 자석 결합핀(170)이 서로 맞물려 회전하면서 결합이 풀리게 되면(분리되지 않음), 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)는 회전에 의해 확장 동작할 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 자석(150) 및 상기 자석 결합핀(170)의 맞물림 결합 구조를 통해 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)의 지지 동작이 원활히 이루어지도록 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)에 의해 이루어지는 지지 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)는 상기 제1 자석(150)에 의해 발생되는 균일 회전 자기장(y축 방향)에 따라, 상기 제1 및 제2 지지대 확장부(121, 131)의 나선 구조에 의해 회전할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)는 상기 제1 및 제2 지지대 확장부(121, 131)의 나선 형성 구간에 해당하는 길이 이내에서 상하 방향으로 각각 확장될 수 있다.

이때, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)는 상기 균일 회전 자기장에 따라 균일한 속도로 회전하여 확장됨으로써 혈관의 내벽에 안정적으로 밀착되어 고정될 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)의 지지 동작을 통해 상기 혈관의 손상을 최소화하면서 상기 로봇 몸체(110)를 상기 혈관의 내벽에 지지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 지지대(120, 130)의 지지 동작이 이루어짐으로써, 상기 로봇 몸체(110)의 자세를 안정적으로 유지하여 혈관 내벽에 위치한 혈전을 안정적으로 제거할 수 있는 환경을 마련할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 추후에 상기 드릴링이 안정적으로 동작되도록 도움을 줄 수 있다.

참고로, 상기 균일 회전 자기장은 자기 공명 단층 촬영 장치 등과 같은 코일 장치에서 발생되는 외부 자기장에 의해 y축 방향으로 발생될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 드릴(140)의 확장 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 참고로, 상기 드릴(140)의 확장 동작은 상기 제1 및 제2 지지대(120. 130)의 지지 동작(도 3 참조) 이후에 행해질 수 있다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 드릴(140)은 상기 제2 자석(160)에 의해 발생되는 균일 회전 자기장(x축 방향)에 따라, 상기 드릴 확장부(141)의 나선 구조에 의해 회전할 수 있다. 이에 따라, 상기 드릴(140)은 상기 드릴 확장부(141)의 나선 형성 구간에 해당하는 길이 이내에서, 좌우 방향으로 확장될 수 있다.

이때, 상기 드릴(140)은 상기 균일 회전 자기장에 따라 균일한 속도로 회전하여 확장됨으로써, 상기 혈전에 안정적으로 다가갈 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 드릴(140)의 확장 동작을 통해 상기 혈관의 손상을 최소화하면서 상기 로봇 몸체(140)가 상기 혈전에 맞닿을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 드릴(140)의 확장 동작이 이루어짐으로써, 상기 드릴(140)이 상기 혈전을 안정적으로 드릴링 할 수 있는 거리를 확보할 수 있다.

여기서, 상기 혈전은 상기 혈관 내벽에 위치하여 혈액의 흐름을 방해하고 둔화시키는 이물질의 한 형태로서, 상기 드릴(140)이 드릴링 하고자 하는 대상에 포함될 수 있다.

참고로, 상기 균일 회전 자기장은 자기 공명 단층 촬영 장치 등과 같은 코일 장치에서 발생되는 외부 자기장에 의해 X축 방향으로 발생될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 드릴(140)의 드릴링(드릴 운동)을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 참고로, 상기 드릴(140)의 드릴 운동은 상기 드릴(140)의 확장 동작(도 4 참조) 이후에 행해질 수 있다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 드릴(140)은 상기 제2 자석(160)에 의해 발생되는 균일 회전 자기장(Z축 방향)에 따라, 상기 회전축(143)을 중심으로 회전하는 상기 드릴링부(144)에 의해 드릴 운동할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 드릴(140)의 드릴 운동이 이루어짐으로써, 상기 드릴링부(144)가 상기 혈관 내벽에 고착된 혈전을 안정적으로 드릴링 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 로봇 몸체(110)의 정렬 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 참고로, 상기 로봇 몸체(110)의 정렬 동작은 상기 로봇 몸체(110) 자체의 회전 이동에 의해 이루어지는 방향 전환 동작을 의미한다.

도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 로봇 몸체(110)는 상기 제1 자석(150) 및 제2 자석(160) 중 적어도 하나에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 따라 회전 이동할 수 있다. 이때, 상기 로봇 몸체(110)는 상기 균일 회전 자기장에 따라 균일한 속도로 회전하여 정렬됨으로써 혈관 내에서 안정적으로 회전 이동할 수 있다.

예를 들어, 상기 로봇 몸체(110)가 이동하고자 하는 방향이 Y축 방향이라고 가정한다. 이때, 상기 제1 자석(150) 및 제2 자석 중 적어도 하나에 의해 균일 회전 자기장이 Z축 방향으로 발생되면, 상기 로봇 몸체(110)는 제자리에서 상기 Z축 방향으로 회전 이동함으로써, 상기 Y축 방향을 향해 정렬될 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 로봇 몸체(110)의 정렬 동작을 통해 상기 혈관에 무리를 주지 않으면서 혈관 내 분지관 지점에서 이동하고자 하는 방향으로 상기 로봇 몸체(110)를 정렬할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 로봇 몸체(110)의 추진 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 참고로, 상기 로봇 몸체(110)의 추진 동작은 상기 로봇 몸체(110) 자체의 직진 운동 또는 후진 운동에 의해 이루어지는 위치 이동 동작을 의미한다.

도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 로봇 몸체(110)는 상기 제1 자석(150)에 의해 발생되는 자기장 구배에 따라 상기 직진 운동 또는 후진 운동할 수 있다.

즉, 상기 로봇 몸체(110)는 상기 자기장 구배가 발생함에 따라 상기 직진/후진 운동과 같은 추진 동작을 함으로써 혈관 내에서 안정적으로 위치 이동할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 로봇 몸체(110)의 추진 동작을 통해 상기 혈관의 손상을 주지 않으면서 이동하고자 하는 혈관 길이 방향으로 위치 이동할 수 있다.

참고로, 상기 자기장 구배는 상기 균일 회전 자기장과 마찬가지로 자기 공명 단층 촬영 장치 등과 같은 코일 장치에서 발생되는 외부 자기장에 의해 발생될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇의 혈전 제거를 위한 일련의 동작에 대한 실험 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 상기 실험 과정에서는 실제 이루어지는 의료 활동과 유사한 환경을 구축하기 위해, 소형 로봇 및 혈전의 모형과, 물로 채워진 Y자형 튜브(혈관 대체물)를 사용하였다.

도 8을 참조하면, 먼저, 도 8의 (a)에서와 같이 X축의 (+) 방향으로 자기장 구배가 발생되면, 상기 소형 로봇은 상기 튜브 내 분지관 지점까지 추진하는 힘을 받아 상기 X축 방향으로 이동한다.

다음으로, 도 8의 (b)에서와 같이 Z축의 시계 반대 방향으로 균일 회전 자기장이 발생되면, 상기 소형 로봇은 상기 분지관의 상측을 향해 회전 이동하여 몸체를 정렬시킨다.

다음으로, 도 8의 (c)에서와 같이 X축의 (+) 방향으로 자기장 구배가 발생되면, 상기 소형 로봇은 추진 동작한다.

다음으로, 도 8의 (d)에서와 같이 상기 분지관의 하측으로 이동하여 몸체를 정렬시키기 위해, 상기 소형 로봇은 먼저 상기 튜브 내 분지관 지점으로 되돌아오는 추진 동작을 수행한다. 이후, 상기 소형 로봇은 Z축의 시계 방향으로 발생되는 균일 회전 자기장에 따라 상기 분지관의 하측을 향해 회전 이동한다.

다음으로, 도 8의 (e)에서와 같이 X축의 (+) 방향으로 자기장 구배가 발생되면, 상기 소형 로봇은 혈전이 고착되어 있는 지점까지 추진 동작한다.

다음으로, 도 8의 (f)에서와 같이 Y축 방향으로 균일 회전 자기장이 발생되면, 상기 소형 로봇은 지지 동작을 수행하여 몸체를 지지함으로써 혈관 내벽에 고정된다.

다음으로, 도 8의 (g)에서와 같이 X축 방향으로 균일 회전 자기장이 발생되면, 상기 소형 로봇은 드릴의 확장 동작을 수행하여 상기 드릴을 혈전이 위치한 방향으로 확장한다. 이에 따라, 상기 소형 로봇의 드릴은 상기 혈전과 맞닿은 상태가 된다.

마지막으로, 도 8의 (h)에서와 같이 Z축 방향으로 균일 회전 자기장이 발생되면, 상기 소형 로봇은 드릴 운동을 수행한다. 상기 로형 로봇의 드릴은 상기 드릴 운동을 통해 상기 혈전을 제거한다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 의료용 소형 로봇이 자기장 구배를 이용하여 혈관 내에서 추진 동작을 함으로써, 혈관 내벽에 무리를 주지 않고 이동하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 의료용 소형 로봇이 균일 회전 자기장을 이용하여 자세 유지(지지 운동) 및 드릴 운동을 함으로써, 혈관 내벽의 혈전을 안정적으로 제거할 뿐만 아니라, 관 형상을 갖는 인체 내부의 다양한 기관에 사용되도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 소형 로봇 시스템은 도 1 및 도 2의 의료용 소형 로봇(100)을 포함한다. 이에 더하여, 상기 의료용 소형 로봇 시스템은 외부 자기장을 제공하는 코일 장치(미도시), 및 상기 의료용 소형 로봇의 위치를 파악 및 제어하는 위치 제어 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 위치 제어 장치는 상기 의료용 소형 로봇의 위치를 파악하고, 그 파악된 위치에서 제어 신호를 발생하여 상기 코일 장치에 전달할 수 있다. 상기 코일 장치는 상기 위치 제어 장치로부터 상기 제어 신호를 전달받아 그에 대응하는 외부 자기장을 제공할 수 있다. 상기 의료용 소형 로봇은 상기 외부 자기장을 제공받아 균일 회전 자기장 또는 자기장 구배를 발생시켜 그것의 동작을 다양하게 제어할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

110: 로봇 몸체
112: 제1 지지대 연결부
114: 제2 지지대 연결부
116: 드릴 연결부
120: 제1 지지대
121: 제1 지지대 확장부
130: 제2 지지대
131: 제2 지지대 확장부
140: 드릴
141: 드릴 확장부
142: 드릴링 지지부
143: 회전축
144: 드릴링부
145: 돌기
150: 제1 자석
160: 제2 자석
170: 자석 결합핀

Claims

로봇 몸체;
상기 로봇 몸체 상부의 양 끝 단에 결합되는 제1 및 제2 지지대;
상기 로봇 몸체 하부에 결합되고 상기 제1 및 제2 지지대와 수직으로 배치되는 드릴;
상기 제1 및 제2 지지대 중 어느 하나에 형성되고, 외부 자기장에 의하여 자기장 구배 및 균일 회전 자기장을 발생시켜 상기 로봇 몸체 및 상기 제1 및 제2 지지대의 동작을 제어하는 제1 자석; 및
상기 드릴에 형성되고, 상기 외부 자기장에 의하여 균일 회전 자기장을 발생시켜 상기 드릴의 동작을 제어하는 제2 자석
을 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 지지대는
서로 반대 방향의 나선구조로 형성된 제1 및 제2 지지대 확장부를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇.
제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 지지대는
상기 제1 자석에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 따라 회전 동작하고, 상기 회전 동작에 따라 상기 제1 및 제2 지지대 확장부의 나선 구조를 통해 서로 반대 방향으로 확장하여 상기 로봇 몸체를 지지하는 것을 특징으로 하는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 지지대 중 상기 제1 자석이 형성되지 않은 나머지 하나에 형성되고, 상기 로봇 몸체 내부에서 상기 제1 자석과 서로 맞물림으로써 상기 제1 및 제2 지지대가 지지 동작을 할 수 있도록 하는 자석 결합핀
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 드릴은
나선구조로 형성된 드릴 확장부를 포함하고, 상기 제2 자석에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 따라 회전 동작하며, 상기 회전 동작에 따라 상기 드릴 확장부의 나선 구조를 통해 확장하는 것을 특징으로 하는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 드릴은
상기 제2 자석에 의해 발생되는 균일 회전 자기장에 따라 상기 드릴 확장부가 회전 동작 하는 방향과 다른 방향으로 드릴링 함으로써, 혈관 내벽에 고착된 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 로봇 몸체는
상기 제1 자석 및 상기 제2 자석 중 적어도 하나가 상기 균일 회전 자기장을 발생시키는 경우, 혈관 내 분지관 지점에서 이동하고자 하는 방향으로 회전 이동하는 것을 특징으로 하는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 로봇 몸체는
상기 제1 자석이 상기 자기장 구배를 발생시키는 경우, 혈관의 길이 방향으로 추진 동작하는 것을 특징으로 하는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 제1 자석은
N극 및 S극을 가지는 직육면체의 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 제2 자석은
원통의 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 외부 자기장을 이용한 의료용 소형 로봇.