KR101962043B1 - A sphericon-shaped magnetic millirobot rolling on a surface actuated by an external wobbling magnetic field - Google Patents

A sphericon-shaped magnetic millirobot rolling on a surface actuated by an external wobbling magnetic field Download PDF

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KR101962043B1 KR1020170169511A KR20170169511A KR101962043B1 KR 101962043 B1 KR101962043 B1 KR 101962043B1 KR 1020170169511 A KR1020170169511 A KR 1020170169511A KR 20170169511 A KR20170169511 A KR 20170169511A KR 101962043 B1 KR101962043 B1 KR 101962043B1
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Abstract

The present invention relates to a sphericon-shaped millirobot (SSMM) operated by an external wobbling magnetic field. An objective of the present invention is to provide a new type of rolling magnetic robot that can move stably and effectively on a surface by rolling the SSMM. At the same time, disclosed is a new type of external wobbling magnetic flied (EWMF) to operate the SSMM. Moreover, stability of the SSMM operation is verified by the disclosed EWMF. According to the present invention, the sphericon-shpaed millirobot operated by external wobbling magnetic field is expected to be used in various medical fields such that the sphericon-shaped millirobot is used to deliver drugs, compose the drugs, and control fluids.

Description

외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇{A SPHERICON-SHAPED MAGNETIC MILLIROBOT ROLLING ON A SURFACE ACTUATED BY AN EXTERNAL WOBBLING MAGNETIC FIELD}A SPHERICON-SHAPED MAGNETIC MILLIROBOT ROLLING ON A SURFACE ACTUATED BY AN EXTERNAL WOBBLING MAGNETIC FIELD,

본 발명은 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되되, 인가된 외부 흔들림 자기장에 의해 직선방향으로 전진 또는 후진하고, 직선 외의 방향으로는 동작하지 않도록 견디는 힘이 작용하는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic-millimeter-type robot of the type of a spin-coil, which is actuated by an external shaking magnetic field, and which is acted upon by a force exerted in a linear direction by a applied external shaking magnetic field and not in a direction outside a straight line.

구체적으로는, 비콘(BICONE) 형태의 조립체를 중심축인 어느 하나의 꼭지점에서부터 다른 하나의 꼭지점까지 슬라이스하여 절단하고, 절단된 2개부의 절단면 일측에 실리더리컬 자석이 삽입될 수 있도록 자석홈을 형성하고, 절단된 2개부의 절단면 각각의 상호 마주하는 위치에 돌기와 홈이 형성되되,Specifically, the assembly in the form of a beacon is sliced from one vertex to the other vertex, which is the central axis, to be cut, and the magnetic grooves are formed so that the threaded linear magnets can be inserted into one cut- And protrusions and grooves are formed at mutually facing positions of the cut surfaces of the two cut portions,

절단된 2개부 중 어느 하나를 90° 회전시켜 1개부에 형성된 돌기와 다른 1개부에 형성된 홈이 마주하도록 위치시켜, 상기 돌기와 홈의 결합으로 절단된 2개부를 결합시킴으로써 형성된 롤링 콘(ROLLING CONE) 형태를 갖는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇에 외부 흔들림 자기장을 인가하여 작동시킬 수 있도록 한다.A shape of a rolling cone formed by rotating any one of the two cut parts by 90 ° so as to position the protrusions formed on one part and the grooves formed on the other one part so as to face each other, To the magnetic milling robot of the type of the spinnaker.

마그네틱 로봇은 인체 내부에 삽입되어 의료 행위를 수행할 수 있다.The magnetic robot can be inserted inside the human body to perform a medical action.

특히, 마그네틱 로봇은 그 크기가 작아 인체 내부를 이동하며 질병을 진단하거나 약물을 전달하는 등 의사가 직접 시술을 수행하기 어려운 부위에 대한 의료 행위를 수행하기 용이하다.Particularly, the magnetic robot is small in size, so it is easy to carry out a medical operation for a part where the doctor moves directly inside the human body to diagnose a disease or deliver medication.

이와 같이, 다양한 용도로 사용되는 마그네틱 로봇은 작은 단위로 구성되어, 외부로부터 인가받은 자력을 통해 동작되는데, 밀리 단위의 미세 크기로 구성되기 때문에 자력만으로 동작을 유도하는 것에 대하여 정밀 유도가 어려운 문제점이 있고, 뿐만 아니라, 약물 전달 또는 시술의 목적으로 로봇을 특정 위치에 정지시키는 경우에는, 유체의 흐름(예를 들면, 혈액의 흐름 등)에 의해서 위치가 변경되지 않도록 소정의 에너지(자력)를 과소비해야 하는 문제점이 있다.As described above, the magnetic robots used for various purposes are composed of small units and operate through the magnetic force applied from the outside. Since they are constituted by the minute size in millimeters, there is a problem that it is difficult to precisely induce the operation by using only the magnetic force In addition, when the robot is stopped at a specific position for the purpose of drug delivery or treatment, a predetermined energy (magnetic force) is excessively consumed so as to prevent the position from being changed by the flow of fluid (for example, There is a problem to be done.

본 출원인은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 직선 방향성을 갖고 전진 또는 후진되는 형태인 스피리콘 형태의 구조물을 로봇의 형태로 구성하여, 정밀 유도가 가능하도록 함과 동시에, 스피리콘 형태이기 때문에 직선 방향 외의 다른 방향으로 동작하지 않도록 버티는 성질을 아용하여 로봇이 투입된 대상의 자세만 유지시키면 장시간 동안 자가위치가 유지될 수 있도록 하는 마그네틱 로봇을 제공하고자 한다.In order to solve such a problem, the present applicant has proposed a structure in which a structure of a spiricone type having a linear direction and advancing or retracting is formed in the form of a robot to enable precise guidance, And to maintain the self-position for a long time by only maintaining the posture of the object to which the robot is inserted by utilizing the property of staying in the other direction.

한편, 스피리콘 형태의 로봇에 자석을 구비하여, 외부로부터 인가된 자력을 통해 로봇의 동작을 유도하는 기술은 검색되지 않고 있다.On the other hand, there is no technique for providing a magnet to a robot in the form of a spiral cone to induce the motion of the robot through a magnetic force applied from the outside.

다만, 자력으로 로봇의 동작을 유도하기 위한 알고리즘을 구현하는 기술로서, 공개특허공보 제10-2006-0036112호의 의료 장치, 의료 장치 유도 시스템, 캡슐형 의료 장치 및 캡슐형 의료 장치 유도 장치가 기재되어 있으나,However, as a technology for implementing an algorithm for guiding the operation of a robot by a magnetic force, a medical device, a medical device guiding system, a capsule medical device, and a capsule medical device guiding device of Patent Document 10-2006-0036112 are disclosed However,

상기 기술은, 로봇의 구조는 물론, 상기 로봇의 동작을 유도하기 위한 알고리즘도 본 출원인이 개발한 알고리즘과 상이하다.The above-described technique differs from the algorithm developed by the present applicant in the algorithm for deriving the robot's operation as well as the robot's operation.

공개특허공보 제10-2006-0036112호(2006.04.27.)Published Patent Application No. 10-2006-0036112 (April 27, 2006)

본 발명의 목적은, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되되, 인가된 외부 흔들림 자기장에 의해 직선방향으로 전진 또는 후진하고, 직선 외의 방향으로는 동작하지 않도록 견디는 힘이 작용하는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a magnetic millimeter-type robot which is operated by an external shaking magnetic field and which is moved forward or backward in a linear direction by an applied external shaking magnetic field, SSMM).

구조적으로는,Structurally,

비콘(BICONE) 형태의 조립체를 중심축인 어느 하나의 꼭지점에서부터 다른 하나의 꼭지점까지 슬라이스하여 절단하고, 절단된 2개부의 절단면 일측에 실리더리컬 자석이 삽입될 수 있도록 자석홈을 형성하고, 절단된 2개부의 절단면 각각의 상호 마주하는 위치에 돌기와 홈이 형성되되,A BICONE type assembly is sliced and cut from one vertex to another vertex as a central axis, a magnet groove is formed so that the threaded linear magnet can be inserted into one cut surface of the two cut parts, Projections and grooves are formed at mutually opposing positions of the cut surfaces of the two portions,

절단된 2개부 중 어느 하나를 90° 회전시켜 1개부에 형성된 돌기와 다른 1개부에 형성된 홈이 마주하도록 위치시켜, 상기 돌기와 홈의 결합으로 절단된 2개부를 결합시킴으로써 형성된 롤링 콘(ROLLING CONE) 형태를 갖는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇에 외부 흔들림 자기장을 인가하여 작동시킬 수 있도록 하고,A shape of a rolling cone formed by rotating any one of the two cut parts by 90 ° so as to position the protrusions formed on one part and the grooves formed on the other one part so as to face each other, A magnetic milling robot of the type having a spiral shape is operated by applying an external shaking magnetic field to the magnetic milling robot,

효과적으로는,Effectively,

스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)이 롤링 동작하여 표면상에서 안정적이고 효과적으로 움직일 수 있는 새로운 유형의 롤링 자기 로봇을 제안함과 동시에, 이러한 본 발명의 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)을 조작하기 위하여 새로운 유형의 외부 흔들림 자기장(EWMF)을 제안하고, 제안된 EWMF를 통해 조작되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)의 동작의 안정성을 검증함으로써,A new type of rolling magnetic robot is proposed in which a magnetic millimeter robot (SSMM) in the form of a spin-on cone can roll and move on the surface in a stable and effective manner. In addition, a magnetic milling robot (SSMM) (EWMF), and verifying the stability of the operation of the magnetic millimeter robot (SSMM), which is operated by the proposed EWMF,

약물 전달, 개료 구성 및 유체 제어와 같은 다양한 의학 응용 분야에서의 확용이 기대되는, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)을 제공하는데 있다.(SSMM), which is operated by an external shaking magnetic field, which can be expected in various medical applications such as drug delivery, drug delivery, fluid control, and the like.

상술된 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따른 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)은, 직선방향으로 직진 또는 후진만 가능한 스피리콘 형태를 갖는 자성 밀리로봇으로서, 내부에 자석을 포함하고, 외부로부터 인가되는 외부 자기장에 의해 롤링 동작하여 직진 또는 후진한다.In order to achieve the above-mentioned object, a magnetic milling robot (SSMM) of a spin-on type operated by an external shaking magnetic field according to the present invention is a magnetic milling robot having a spin- And includes a magnet inside, and performs a rolling operation by an external magnetic field applied from the outside to go straight or backward.

이때, SSMM은 구체적으로는 비콘(BICONE) 형태의 조립체를 슬라이스하여 절단한 뒤, 하나의 것을 기준으로 다른 하나의 것을 90° 회전시켜 재 결합시킨 형태의 스피리콘 형태의 로봇이다.In this case, the SSMM is a type of a spinicon type robot that slices and cuts an assembly of a BICONE type, and then rotates the other one by 90 degrees on the basis of one thing.

또한, 상기 자석은 955,000A/m의 자성, 2mm의 직경 및 2mm의 길이를 갖는 원통형 NdFeB계 자석이다.Further, the magnet is a cylindrical NdFeB magnet having a magnetism of 955,000 A / m, a diameter of 2 mm and a length of 2 mm.

또한, 비콘(BICONE) 형태의 조립체의 꼭지각은 90°이다.Also, the vertex angle of the BICONE type assembly is 90 [deg.].

또한, 상기 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)이 시작점에 위치한다고 가정하였을 때 y축 방향으로 동작하여 원뿔운동 됨으로 인해 형성된 반원의 외주연 아크 Ti는 아래의 수학식으로 표현된다.In addition, assuming that the magnetic millimeter robot SSMM is located at the starting point, the semicircular outer arc T i formed by the motion in the y-axis direction and conical motion is expressed by the following equation.

Figure 112017123205735-pat00001
Figure 112017123205735-pat00001

(이때, r은 SSMM의 반경이고,

Figure 112017123205735-pat00002
는 i번째 호에서의 x축으로부터 SSMM의 순간 중심 회전선의 각도이다. 이러한 각
Figure 112017123205735-pat00003
는 SSMM이 동작함에 따라
Figure 112017123205735-pat00004
에서
Figure 112017123205735-pat00005
라디안까지 연속적으로 변한다.)(Where r is the radius of the SSMM,
Figure 112017123205735-pat00002
Is the angle of the instantaneous centerline of the SSMM from the x-axis in the i-th arc. These angles
Figure 112017123205735-pat00003
As SSMM operates,
Figure 112017123205735-pat00004
in
Figure 112017123205735-pat00005
Continuously changes to radians.)

또한, 상기 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)이 직선운동하는 경우, x, y축 평면에서 로봇의 y방향 동작을 생성할 수 있는 EWMF는 아래의 수학식을 통해 산출된다.Also, when the magnetic millimeter robot SSMM linearly moves, the EWMF capable of generating the y direction motion of the robot in the x and y axis planes is calculated by the following equation.

Figure 112017123205735-pat00006
Figure 112017123205735-pat00006

(여기서, B0은 EWMF의 크기이고, ω는 EWMF의 각속도이다. 위와 아래의 방정식은 SSMM이 y축 방향으로 동작하여 원뿔운동 됨으로 인해 형성된 반원의 외주연 아크 중 각각 홀수 및 짝수의 아크를 이동하는 SSMM에 대응된다.)(Where B 0 is the magnitude of the EWMF and ω is the angular velocity of the EWMF) The above and below equations show that the SSMM moves in the y direction to move the odd and even arcs out of the semi- It corresponds to the SSMM.

또한, 상기 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)이 경사면에서 동작하기 위한 EWMF 조건은 x, y축 평면으로부터의 표면 각도(α)와 y축으로부터 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)의 롤링 방향 각도(β)를 이용하여 아래의 수학식으로 산출된다.The EWMF conditions for operating the magnetic millimeter robot (SSMM) on the inclined plane are the surface angle (α) from the x and y axis planes and the rolling angle of the magnetic milling robot (SSMM) Is calculated by the following equation using the direction angle [beta].

Figure 112017123205735-pat00007
Figure 112017123205735-pat00007

또한, 상기 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)은 자외선 경화형 아크릴 플라스틱으로 제작된다.In addition, the magnetic milling robot (SSMM) of the above-mentioned type is made of ultraviolet curable acrylic plastic.

또한, 상기 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)은 정적 마찰 계수(μ)가 0.84인 고무 플레이트 또는 0.36인 실리콘 플레이트 중 어느 하나의 것의 표면에서 롤링 동작한다.The magnetic milling robot SSMM in the form of a spin-coil operates on the surface of any one of a rubber plate having a static friction coefficient of 0.84 or a silicon plate having a static friction coefficient of 0.36.

또한, 상기 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)이 동작하기 위한 EWMF의 조건은, B0=10mT 및 ω=2π rad/s(1Hz)이다.In addition, the conditions of EWMF for operating the above-mentioned magnetic resonance type magnetic milling robot (SSMM) are B 0 = 10mT and ω = 2π rad / s (1Hz).

이때, 상기 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)이 작동 가능한 최대 표면각도(α) 조건은 고무 플레이트 상의 표면을 롤링 동작하는 경우 표면각도(α)가 35°이고, 실리콘 플레이트 상의 표면을 롤링 동작하는 경우 표면각도(α)가 20°이되, 이 값들은 상기 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)의 y축 기준의 롤링 방향 각도(β)가 증가함에 따라 감소된다.At this time, the maximum surface angle (?) Condition at which the magnetic milling robot (SSMM) in the form of a spin-ribbon can operate is the surface angle? Of 35 占 when the surface on the rubber plate is rolling, The surface angle α is 20 ° and these values are decreased as the rolling direction angle β of the magnetic millimeter robot SSMM in the y-axis direction is increased.

본 발명에 따른 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇에 의하면, 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)이 롤링 동작하여 표면상에서 안정적이고 효과적으로 움직일 수 있는 새로운 유형의 롤링 자기 로봇을 제안함과 동시에, 이러한 본 발명의 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)을 조작하기 위하여 새로운 유형의 외부 흔들림 자기장(EWMF)을 제안하고, 제안된 EWMF를 통해 조작되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)의 동작의 안정성을 검증함으로써,According to the magnetic millimeter robot of the type of the spiricon operated by the external shaking magnetic field according to the present invention, the magnetic-type millimeter robot (SSMM) in the form of a spinning wheel can be rolled and can move stably and effectively on the surface. A new type of external rocking magnetic field (EWMF) is proposed for operating the magnetic millimeter robot (SSMM) of the present invention in the form of a spinnaker, and a magnetic milling robot (SSMM) operation,

약물 전달, 개료 구성 및 유체 제어와 같은 다양한 의학 응용 분야에서의 확용이 기대된다.Expansion in various medical applications, such as drug delivery, drug delivery, and fluid control, is expected.

이에 따라, 본 발명에서는 상기의 스피리콘 형태로 구성된 로봇에 자기장을 인가하는 경우, 직선방향으로 동작되고, 자기장을 인가하지 않는 경우 자기 자리를 유지할 수 있도록 함으로써,Accordingly, in the present invention, when a magnetic field is applied to the robot configured in the above-mentioned type of the spinnaker, it is operated in a linear direction, and when the magnetic field is not applied,

약물전달이나 유체를 제어하는 용도에 사용되는 로봇에 있어서, 상기 로봇이 투입된 대상(인체 등)의 자세를 유지시키는 경우, 장시간 동안 위치가 유지되어 효율적인 목적 달성을 실현할 수 있도록 하는, 로봇을 제공하고자 한다.In a robot used for drug delivery or fluid control, when a robot is held in a posture of an object (human body or the like) into which the robot is put, it is possible to maintain the position for a long time and to achieve an efficient object do.

이에 따라, 로봇이 장시간 위치를 유지해야 하는 경우, 유지를 위한 에너지의 낭비가 없는 효과도 갖을 수 있다.Accordingly, when the robot is required to maintain its position for a long time, there is no waste of energy for maintenance.

도 1은 본 발명에 따른 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)을 나타낸 것으로서, (a) 내지 (d)를 통해 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)을 형성하는 일예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)의 기하학적 중심의 변형을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)의 롤링 콘의 동작을 생성하기 위해 필요한 EWMF를 나타낸 것이다.
도 4는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)을 조작하는데 필요한 네비게이션 시스템의 설정을 나타내는 것이다.
도 5는 실험에 사용된 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)을 나타낸 것이다.
FIG. 1 shows a magnetic millimeter (SSMM) in the form of a spinnaker operated by an external shaking magnetic field according to the present invention. The magnetic milling robot forms a magnetic milling robot (SSMM) in the form of a spin- Fig.
FIG. 2 is a view for explaining a geometric center transformation of a magnetic milling robot (SSMM) in the form of a spiricon operated by an external shaking magnetic field according to the present invention.
3 shows the EWMF required to generate the operation of the rolling cone of the magnetic milling robot (SSMM) in the shape of the spinnaker shown in Fig.
Fig. 4 shows a setting of a navigation system necessary for operating a magnetic milling robot (SSMM) in the form of a spike.
Fig. 5 shows a magnetic millimeter robot (SSMM) in the form of a spiricon used in the experiment.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor can properly define the concept of the term to describe its invention in the best possible way And should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 사항은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents And variations are possible.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.Before describing the present invention with reference to the accompanying drawings, it should be noted that the present invention is not described or specifically described with respect to a known configuration that can be easily added by a person skilled in the art, Let the sound be revealed.

본 발명은 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(Sphericon-Shaped Magnetic Millirobot, SSMM)에 관한 것이다.The present invention relates to a Sphericon-Shaped Magnetic Milli-Robot (SSMM) operated by an external shaking magnetic field.

구체적으로는, 비콘(BICONE) 형태의 조립체를 중심축인 어느 하나의 꼭지점에서부터 다른 하나의 꼭지점까지 슬라이스하여 절단하고, 절단된 2개부의 절단면 일측에 실리더리컬 자석이 삽입될 수 있도록 자석홈을 형성하고, 절단된 2개부의 절단면 각각의 상호 마주하는 위치에 돌기와 홈이 형성되되,Specifically, the assembly in the form of a beacon is sliced from one vertex to the other vertex, which is the central axis, to be cut, and the magnetic grooves are formed so that the threaded linear magnets can be inserted into one cut- And protrusions and grooves are formed at mutually facing positions of the cut surfaces of the two cut portions,

절단된 2개부 중 어느 하나를 90° 회전시켜 1개부에 형성된 돌기와 다른 1개부에 형성된 홈이 마주하도록 위치시켜, 상기 돌기와 홈의 결합으로 절단된 2개부를 결합시킴으로써 형성된 롤링 콘(ROLLING CONE) 형태를 갖는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇에 외부 흔들림 자기장을 인가하여 작동시킬 수 있도록 한다.A shape of a rolling cone formed by rotating any one of the two cut parts by 90 ° so as to position the protrusions formed on one part and the grooves formed on the other one part so as to face each other, To the magnetic milling robot of the type of the spinnaker.

이때, 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(Sphericon-Shaped Magnetic Millirobot, SSMM)은, 그 형태가 스피리콘 형태임에 따라 외부에서 자기장이 인가되면 직선방향으로 전진 또는 후진하고, 직선 외의 방향으로는 동작하지 않도록 견디는 힘이 작용한다.In this case, the Spherical-Shaped Magnetic Milli-robot (SSMM), which is a type of spin-coil, moves forward or backward in a linear direction when a magnetic field is applied from outside, and operates in a direction other than a straight line The force to withstand is applied.

또한, 비콘(BICONE) 형태의 조립체의 꼭지점의 꼭지각은 90°로 구성된다.In addition, the apex angle of the vertex of the assembly in the form of BICONE is constituted by 90 degrees.

이에 따라, 본 발명에서는 상기의 스피리콘 형태로 구성된 로봇에 자기장을 인가하는 경우, 직선방향으로 동작되고, 자기장을 인가하지 않는 경우 자기 자리를 유지할 수 있도록 함으로써,Accordingly, in the present invention, when a magnetic field is applied to the robot configured in the above-mentioned type of the spinnaker, it is operated in a linear direction, and when the magnetic field is not applied,

약물전달이나 유체를 제어하는 용도에 사용되는 로봇에 있어서, 상기 로봇이 투입된 대상(인체 등)의 자세를 유지시키는 경우, 장시간 동안 위치가 유지되어 효율적인 목적 달성을 실현할 수 있도록 하는, 로봇을 제공하고자 한다.In a robot used for drug delivery or fluid control, when a robot is held in a posture of an object (human body or the like) into which the robot is put, it is possible to maintain the position for a long time and to achieve an efficient object do.

이에 따라, 로봇이 장시간 위치를 유지해야 하는 경우, 유지를 위한 에너지의 낭비가 없는 효과도 갖을 수 있다.Accordingly, when the robot is required to maintain its position for a long time, there is no waste of energy for maintenance.

이러한 본 발명에 따른 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)은 첨부된 도면의 도 1을 참조할 수 있다.The magnetic millimeter-type robot (SSMM) of the type of the spiricon operated by the external shaking magnetic field according to the present invention can be referred to FIG. 1 of the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)을 나타낸 것으로서, (a) 내지 (d)를 통해 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)을 형성하는 일예를 나타내는 도면이다.FIG. 1 shows a magnetic millimeter (SSMM) in the form of a spinnaker operated by an external shaking magnetic field according to the present invention. The magnetic milling robot forms a magnetic milling robot (SSMM) in the form of a spin- Fig.

첨부된 도면의 도 1에 의하면,1 of the accompanying drawings,

본 발명에 따른 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)은 절단되는 축을 기준으로 하였을 때 이의 수직되는 방향의 축을 기준으로 4개의 동일한 크기를 갖는 반원 중, 2개가 대칭되고, 또한 절단되는 축을 기준으로 90°기울어지도록 나머지 2개의 반원이 대칭된 형태로 구성됨으로써, 총 4회의 연속적인 원뿔운동(도 1의 Arc1 ~ Arc4)을 하여 직선방향으로 이동될 수 있다. 도 1의 Arc5 및 Arc6은 2회의 원뿔운동을 더 진행한 것이다.The magnetic milling robot (SSMM) according to the present invention has two symmetrical semicircles having four identical sizes with respect to the axis perpendicular to the cutting axis, And the remaining two semicircles are symmetrically formed so as to be inclined at an angle of 90 [deg.], So that a total of four consecutive conical motions (Arc1 to Arc4 in Fig. 1) can be moved in a linear direction. Arc5 and Arc6 in FIG. 1 are two consecutive conical motions.

이때, 원뿔운동이라 함은, 4개의 반원의 각각의 외주면이 지면에 닿으면서 운동하는 것을 의미한다. 그리고 외주면이 지면에 닿으면서 운동한다는 것은 도 1의 (d)에 도시된 회전 중심선(instant cetral line of rotation)을 참조할 수 있다. 그리고 이러한 원뿔운동을 통해 직선운동하는 동작을 롤링 동작으로 지칭한다.At this time, the conical motion means that the outer circumferential surfaces of the four semicircular circles move while touching the ground surface. The movement of the outer circumferential surface while touching the ground can refer to the instantaneous line of rotation shown in FIG. 1 (d). And the operation of linear motion through such conical motion is referred to as a rolling motion.

그리고 도 1의 (e)를 참조하여, 본 발명에 따른 SSMM이 x, y 평면의 시작점(Arc1 부근)에 위치한다고 가정하였을 때, y방향으로 동작하여 원뿔운동됨으로 인해 형성된 반원의 외주연 아크(도 1의 (e) 에 도시된 Wobbling motion)인 Ti는 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.1 (e), assuming that the SSMM according to the present invention is located at the starting point (near Arc1) of the x, y plane, the semi-circular outer arc T i, which is the Wobbling motion shown in FIG. 1 (e), can be expressed by the following equation.

Figure 112017123205735-pat00008
Figure 112017123205735-pat00008

이때, r은 SSMM의 반경이고,

Figure 112017123205735-pat00009
는 i번째 호에서의 x축으로부터 SSMM의 순간 중심 회전선의 각도이다.Where r is the radius of the SSMM,
Figure 112017123205735-pat00009
Is the angle of the instantaneous centerline of the SSMM from the x-axis in the i-th arc.

이러한 각

Figure 112017123205735-pat00010
는 SSMM이 동작함에 따라
Figure 112017123205735-pat00011
에서
Figure 112017123205735-pat00012
라디안까지 연속적으로 변한다.These angles
Figure 112017123205735-pat00010
As SSMM operates,
Figure 112017123205735-pat00011
in
Figure 112017123205735-pat00012
Continuously changes to radians.

이러한 [수학식 1]에서 자석을 구비한 SSMM의 기하학적 중심의 변형은 도 2와 같이 도출될 수 있다.The transformation of the geometric center of the SSMM with magnets in this [Equation 1] can be derived as shown in FIG.

도 2는 본 발명에 따른 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)의 기하학적 중심의 변형을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining a geometric center transformation of a magnetic milling robot (SSMM) in the form of a spiricon operated by an external shaking magnetic field according to the present invention.

즉, 도 2는 단위 반경(r=1)을 갖는 SSMM의 기하학적 중심과 구름 원뿔 운동의 퀘도를 나타낸 것으로서, SSMM의 기하학적 중심은 롤링 콘의 동작 중에 반 사인 곡선(semi-sinusoidally)으로 변화한다.That is, FIG. 2 shows the geometric center of the SSMM with the unit radius (r = 1) and the quadrature of the rolling cone motion, and the geometric center of the SSMM changes semi-sinusoidally during the operation of the rolling cone .

이러한 도 2와 도 1의 (e)를 참조하면, SSMM의 기하학적 중심이 반 정현차 형태로 변하는 흔들림(wobbling) 운동을 하는 표면상에서 SSMM이 이동하는 것을 나타내고 있으며, 이는 직선운동으로서 직진 또는 후진하는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 1 (e), SSMM moves on the surface of a wobbling motion in which the geometric center of the SSMM changes into an anti-sinusoidal shape, .

이때, 본 발명에 따른 SSMM은 반구의 모든 점과 선이 매 회전마다 표면에 닿는 선 접촉을 통해 전체 표면을 전개한다. 이에 따라 SSMM이 상대적으로 큰 최대 정적 마찰력에 의해 지지되는 안정된 동작을 할 수 있도록 한다.At this time, the SSMM according to the present invention develops the entire surface through line contact where every point and line of the hemisphere touches the surface every rotation. Thereby allowing the SSMM to perform a stable operation supported by a relatively large maximum static frictional force.

이와 같이 SSMM이 표면의 임의의 방향(직진 또는 후진)을 따라 동작하는 경우, 로봇에 삽입된 자석의 방향이 항상 자기 토크 방정식을 기반으로 적용되는 방향을 따르는 것으로 간주할 수 있다.In this way, when the SSMM is operated along any direction (straight or reverse) of the surface, it can be regarded that the direction of the magnet inserted in the robot always follows the direction in which it is applied based on the magnetic torque equation.

따라서, [수학식 1]과 SSMM의 기구학적 구속조건에서 수평 x, y 평면에서 로봇의 y방향 wobbling 모션을 정확하게 생성할 수 있는 필드인 외부 흔들림 자기장Ewxternal wobbling magnetic field, EWMF)은 아래의 [수학식 2]를 통해 산출될 수 있다.Therefore, the Ewxternal wobbling magnetic field (EWMF), which is a field that can accurately generate the y-direction wobbling motion of the robot in the horizontal x and y planes in Equation 1 and the mechanical constraints of the SSMM, Can be calculated through Equation (2).

Figure 112017123205735-pat00013
Figure 112017123205735-pat00013

여기서, B0은 EWMF의 크기이고, ω는 EWMF의 각속도이다.Where B 0 is the magnitude of the EWMF and ω is the angular velocity of the EWMF.

또한, 위와 아래의 방정식은 도 1의 (e)에 도시된 홀수 및 짝수 호 상을 이동하는 로봇에 대응된다.Further, the above and below equations correspond to the robot moving on the odd and even arcs shown in Fig. 1 (e).

아울러, 임의의 표면에서 SSMM이 경사면에서 롤링 동작을 생성하기 위해 필요한 EWMF 조건은 회전행렬을 사용하여 [수학식 3]과 같이 산출될 수 있다.In addition, the EWMF condition required for the SSMM to generate the rolling motion on the slope surface at any surface can be calculated using Equation (3) using a rotation matrix.

즉, EWMF 조건은 x,y축 평면으로부터의 표면 각도(α)와 y축으로부터 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)의 롤링 방향 각도(β)를 이용하여 [수학식 3]으로 산출되는 것이다.That is, the EWMF condition is calculated by using Equation (3) using the surface angle (?) From the x, y axis plane and the rolling direction angle (?) Of the magnetic milling robot (SSMM) .

Figure 112017123205735-pat00014
Figure 112017123205735-pat00014

여기서, α는 수평 xy 평면으로부터의 표면 각도이고, β는 표면상의 y축으로부터 SSMM의 롤링 방향 각도이다.Where alpha is the surface angle from the horizontal xy plane and beta is the angle in the rolling direction of the SSMM from the y axis on the surface.

도 3은 도 2에 도시된 SSMM의 y축 롤링 운동을 생성할 수 있는 단위크기인 2π rad/s(1Hz)의 각속도를 갖는 EWMF(α=0, β=0)의 예를 나타낸 것이다.3 shows an example of an EWMF (? = 0,? = 0) having an angular velocity of 2? Rad / s (1 Hz), which is a unit size capable of generating a y-axis rolling motion of the SSMM shown in Fig.

즉, 도 3은 도 2에 도시된 SSMM의 롤링 콘의 동작을 생성하기 위해 필요한 EWMF를 나타낸 것이다.That is, FIG. 3 shows the EWMF required to generate the operation of the rolling cone of the SSMM shown in FIG.

이하에서는, 상술된 SSMM과 EWMF를 검증하기 위하여 실험을 수행한 결과를 나타낸 것이다.Hereinafter, results of experiments performed to verify the SSMM and EWMF described above are shown.

SSMM이 다양한 표면 조건에서 동작하는데 필요한 다양한 EWMF를 생성하고 제어하기 위한 네비게이션 시스템을 제작하였다.SSMM has developed a navigation system to generate and control various EWMFs needed to operate in various surface conditions.

이는 첨부된 도면의 도 4를 참조할 수 있는데, 도 4는 SSMM을 조작하는데 필요한 네비게이션 시스템의 설정을 나타내는 것으로서, 이를 참조하면 MNS는 축을 따라 균일한 자기장을 생성할 수 있는 3쌍의 균일한 코일(x축 헬름홀츠 코일Helmholtz Coil, HC), y축의 균일한 새들코일(Uniform Saddle Coil, USCy) 및 z축의 균일한 새들코일(Uniform Saddle Coil, USCz))로 구성된다.This can be referred to FIG. 4 of the accompanying drawings, which shows the setup of the navigation system necessary to operate the SSMM, wherein the MNS comprises three pairs of uniform coils capable of generating a uniform magnetic field along the axis (x-axis Helmholtz Coil, HC), a y-axis uniform saddle coil (USCy), and a z-axis uniform saddle coil (USCz).

이러한 각 코일들은 제어 패널(control panel)에 통합된 프로그래밍 가능한 전원 공급 장치(programmable power supply)에 연결된다.Each of these coils is connected to a programmable power supply integrated into the control panel.

이러한 첨부된 도면의 도 4에 기반한 네비게이션 시스템을 통해 실험을 수행한 결과, [표 1]과 같은 결과가 나타났다.Experiments were conducted through a navigation system based on FIG. 4 of the accompanying drawings, and the results as shown in Table 1 were obtained.

CoilCoil Radius (mm)Radius (mm) Wire diameter (mm)Wire diameter (mm) Coil turnsCoil turns x축 HCx-axis HC 216.0216.0 1.01.0 430430 y축 USCyy-axis USCy 167.5167.5 1.21.2 400400 z축 USCzz-axis USCz 133.8133.8 1.21.2 320320

이를 기반으로, 각각의 코일 전류를 [수학식 2] 및 [수학식 3]를 통해 SSMM의 롤링 동작을 효과적으로 조작할 수 있음을 알 수 있었다.Based on this, it was found that the rolling operation of the SSMM can be effectively controlled by using the respective coil currents according to Equation (2) and Equation (3).

이때, 본 실험에서 사용된 SSMM은 첨부된 도면의 도 5를 참조할 수 있는데, 도 5는 실험에 사용된 SSMM을 나타낸 것이다.Here, the SSMM used in this experiment can be referred to FIG. 5 of the accompanying drawings, and FIG. 5 shows the SSMM used in the experiment.

도 5에 따른 SSMM은 r=10mm인 SSMM1과 r=5인 SSMM2를 사용하였으며, 이는 멀티 제트 몰딩 기반의 3차원 인쇄 기술을 사용하여 자외선 경화형 아크릴 플라스틱으로 제작하였다.SSMM according to FIG. 5 employs SSMM1 with r = 10 mm and SSMM2 with r = 5, which are made of ultraviolet curing acrylic plastic using a three-dimensional printing technique based on multi-jet molding.

도 5의 (a)는 SSMM1 및 SSMM2를 나타낸 것이고, (b)는 정사각형 회로에서 SSMM1 및 SSMM2의 롤링 동작을 나타낸 것이며, (c)는 SSMM의 원하는 압연 방향과 관측된 압엽 방향 사이의 편차 각을 나타낸 것이다.FIG. 5A shows SSMM1 and SSMM2, FIG. 5B shows a rolling operation of SSMM1 and SSMM2 in a square circuit, FIG. 5C shows a deviation angle between the desired rolling direction of the SSMM and the observed rolled- .

이러한 SSMM은 955,000A/m의 자성(magnetization), 2mm의 직경, 2mm의 길이를 갖는 원통형 NdFeB계 자석을 삽입하였다. 또한, 다양한 조건에서의 SSMM 롤링 능력을 평가하기 위하여 SSMM가 롤링되는 표면에 정적 마찰 계수(μ)가 0.84인 고무와 0.36인 실리콘 플레이트를 사용하였다.This SSMM has inserted a cylindrical NdFeB magnet having a magnetization of 955,000 A / m, a diameter of 2 mm, and a length of 2 mm. In addition, to evaluate the SSMM rolling ability under various conditions, a rubber with a static friction coefficient of 0.84 and a silicone plate of 0.36 were used on the surface where the SSMM was rolled.

비자성 재료로 구성된 각도 조절 지그를 사용하여 수평 xy 평면에 대한 표면 각도(α, 도 4 참조)를 변경했다.The angle of the surface (α, see FIG. 4) with respect to the horizontal xy plane was changed using an angle adjusting jig made of non-magnetic material.

그리고 첨부된 도면의 도 5와 같이 EWMF를 검증하기 위하여 수평으로 배치된 고무 플레이트에 프로그램 된 경로를 따라 SSMM의 롤링 동작을 관찰했다.And to observe the rolling behavior of the SSMM along the path programmed in horizontally arranged rubber plates to verify the EWMF as in Figure 5 of the accompanying drawings.

B0=10mT, ω=2π rad/s, α=0, β=0의 값을 갖는 EWMF가 적용될 때 SSMM1은 도 1 및 도 2에서 설명된 흔들림 운동으로 y축을 따라 정확하게 굴러감을 확인하였다.When EWMF with values of B 0 = 10mT, ω = 2π rad / s, α = 0 and β = 0 was applied, SSMM1 confirmed that the swing motion described in FIGS.

또한, SSMM1은 β를 각각 90°, 180°, 270°로 바꿀 때, x축과 y축 방향으로 굴러서 도 5의 (b)의 화살표 방향을 따라서 동작함을 알 수 있었고, 동일한 EWMF를 주었을 때, SSMM1의 반의 직경을 갖는 SSMM2는 SSMM1과 동일한 방향으로 동작하되, 절반 크기의 거리로 동작함을 알 수 있었다.When SSMM1 is changed to 90 deg., 180 deg., And 270 deg., Respectively, it can be seen that SSMM1 rolls along the x and y axis directions and operates along the arrow direction of Figure 5 (b). When given the same EWMF , SSMM2 having half the diameter of SSMM1 operates in the same direction as SSMM1 but operates at half the distance.

이러한 결과를 기반으로, SSMM의 롤링 거리는, SSMM의 반경에 비례함을 알 수 있었고, 이를 기반으로 동일한 EWMF가 적용된다면 반경이 큰 SSMM1이 상대적으로 반경이 작은 SSMM2에 비해 2배 많은 거리를 동작시킬 수 있음을 알 수 있었다.Based on these results, it can be seen that the rolling distance of the SSMM is proportional to the radius of the SSMM, and based on this, if the same EWMF is applied, the SSMM1 with a larger radius operates twice as much distance as the SSMM2 with a smaller radius .

또한, 도 5의 (c)를 기반으로 프로그램 된 원하는 압연 방향과 실제 동작하여 관측된 압연 방향 사이의 최대 편차 각(Φ)은 5°미만으로 측정되었다.In addition, the maximum deviation angle [phi] between the desired rolling direction programmed based on Figure 5 (c) and the rolling direction actually observed in operation was measured to be less than 5 [deg.].

한편, 임의의 표면에서의 중력은, SSMM의 롤링 동작 중 미끄러지게 만들어 원하는 경로에서 벗어날 수 있다.On the other hand, gravity at any surface can slip during the rolling motion of the SSMM, leaving the desired path.

이러한 경우를 방지하기 위하여 제어 방법이나 보상된 EWMF를 적용할 수 있지만, SSMM이 지속적으로 롤링 동작을 생성할 수 있는 조건은 경사진 표면상의 롤링 대상물의 정적 마찰력을 고려하여 표면 각 (α)와 롤링 방향 (β)에 의존하는 것으로 간주할 수 있다.Although the control method or the compensated EWMF can be applied to prevent such a situation, the conditions under which the SSMM can continuously generate the rolling motion include the surface angle (α) and the rolling angle (α) in consideration of the static frictional force of the rolling object on the inclined surface Can be regarded as depending on the direction (?).

이에 따라, 본 발명에서는 SSMM이 수평 xy평면과 y축에서 롤링 방향으로 서서히 각도를 변화시킴으로써 SSMM이 상대적으로 정확한 롤링 동작을 생성할 수 있는 임계 표면 조건을 측정하였다.Accordingly, in the present invention, the SSMM gradually changes the angle in the rolling direction in the horizontal xy plane and the y axis, thereby measuring the critical surface condition that the SSMM can generate a relatively accurate rolling motion.

SSMM의 관성 효과를 최소화하기 위해 B0=10mT 및 ω=0.2π rad/s(0.1Hz)의 값을 갖는 상대적으로 느린 EWMF를 적용하였다.To minimize the SSMM inertia effect, a relatively slow EWMF with B 0 = 10mT and ω = 0.2π rad / s (0.1Hz) was applied.

아래의 [표 2]는 본 실험에 사용된 SSMM이 5°미만의 편차로 원하는 경로를 따라 굴러갈 수 있는 고무 및 실리콘 플레이트의 임계 조건을 나타낸다.Table 2 below shows the critical conditions of the rubber and silicon plates in which the SSMM used in this experiment can roll along the desired path with a deviation of less than 5 °.

SSMMSSMM Rubber plate (μ=0.84)Rubber plate (μ = 0.84) Silicone plate (μ=0.36)Silicone plate (μ = 0.36) α(deg.)α (deg.) β(deg.)β (deg.) α(deg.)α (deg.) β(deg.)β (deg.)
SSMM1 (r=10mm)

SSMM1 (r = 10 mm)
1515 5050 1010 4040
2525 4040 1515 3030 3535 2525 2020 2020
SSMM2 (r=5mm)

SSMM2 (r = 5 mm)
1515 3535 1010 3030
2525 2525 1515 2020 3535 1010 2020 1010

이러한 [표 2]의 결과를 기반으로, SSMM이 롤링 동작을 일으킬 수 있는 고무 및 실리콘 플레이트의 최대 표면 각은 각각 35°및 20°인 것을 알 수 있었다.Based on the results of [Table 2], it was found that the maximum surface angles of the rubber and silicon plates that the SSMM could cause rolling motion were 35 ° and 20 °, respectively.

구체적으로, [표 2]를 참조하면 SSMM1과 SSMM2의 β의 최대 값은 표면 각도(α)가 증가함에 따라 감소하는데, 이때 β의 최대 값이 증가할수록 SSMM의 롤링 동작에 대한 마찰력의 방향과 중력의 방향 사이의 각도가 증가함에 따라, 증가한 합력(net force)으로 인해 SSMM이 원하는 방향에서 벗어날 수 있다.The maximum value of β of SSMM1 and SSMM2 decreases as the surface angle α increases. In this case, as the maximum value of β increases, the direction of frictional force for SSMM rolling motion and the gravity The SSMM can deviate from the desired direction due to the increased net force.

따라서, [표 2]의 제안된 결과들은, 롤링 속도, 정작 마찰 계수, 표면 각도, 롤링 방향의 특정 표면조건이 만족된다면, SSMM이 EWMF에 의해 작동되는 임의의 표면상에서 이동할 수 있음을 의미하는 것이고,Therefore, the proposed results in [Table 2] indicate that SSMM can move on any surface operated by EWMF if the specific surface conditions of rolling speed, constant friction coefficient, surface angle and rolling direction are satisfied ,

특히, β의 최대 값은 SSMM1 및 SSMM2에 대하여 각각 35°및 20°인 것을 알 수 있었다.In particular, it was found that the maximum value of? Was 35 ° and 20 ° for SSMM1 and SSMM2, respectively.

상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 고안의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 고안이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.It is obvious that the present invention is not limited to the structure of the drawings, as it is possible to design variously within the technical scope of the present invention.

Claims (11)

삭제delete 비콘(BICONE) 형태의 조립체를 슬라이스하여 절단한 뒤, 하나의 것을 기준으로 다른 하나의 것을 90° 회전시켜 재 결합시킨 형태의 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇(SSMM)으로서,
절단된 내면 일측에 형성된 자석홈에 자석을 포함하고, 외부로부터 인가되는 외부 자기장에 의해 롤링 동작하여 직진 또는 후진하는 것을 특징으로 하고,
상기 SSMM이 시작점에 위치한다고 가정하였을 때 y축 방향으로 동작하여 원뿔운동 됨으로 인해 형성된 반원의 외주연 아크 Ti는 아래의 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇.
Figure 112019025302039-pat00027

(이때, r은 SSMM의 반경이고,
Figure 112019025302039-pat00028
는 i번째 호에서의 x축으로부터 SSMM의 순간 중심 회전선의 각도이다. 이러한 각
Figure 112019025302039-pat00029
는 SSMM이 동작함에 따라
Figure 112019025302039-pat00030
에서
Figure 112019025302039-pat00031
라디안까지 연속적으로 변한다.)
As a magnetic millimeter (SSMM) in the form of a spinnaker in the form of a beacon (BICONE) assembly sliced and reassembled after rotating one of the other by 90 °,
Characterized in that it includes a magnet in a magnet groove formed on one side of the cut inner surface and performs a rolling operation by an external magnetic field applied from the outside,
When it is assumed that the SSMM is located at the starting point, the semicircular outer peripheral arc TiIs expressed by the following equation: < EMI ID = 1.0 >
Figure 112019025302039-pat00027

(Where r is the radius of the SSMM,
Figure 112019025302039-pat00028
Is the angle of the instantaneous centerline of the SSMM from the x-axis in the i-th arc. These angles
Figure 112019025302039-pat00029
As SSMM operates,
Figure 112019025302039-pat00030
in
Figure 112019025302039-pat00031
 Continuously changes to radians.)
청구항 2에 있어서,
상기 자석은,
955,000A/m의 자성, 2mm의 직경 및 2mm의 길이를 갖는 원통형 NdFeB계 자석인 것을 특징으로 하는, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇.
The method of claim 2,
Wherein the magnet comprises:
A cylindrical NdFeB magnet having a magnetism of 955,000 A / m, a diameter of 2 mm, and a length of 2 mm, and is operated by an external shaking magnetic field.
청구항 2에 있어서,
비콘(BICONE) 형태의 조립체의 꼭지각은 90°인 것을 특징으로 하는, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇.
The method of claim 2,
A magnetic millimeter-type robot in the form of a spinicon, which is operated by an external shaking magnetic field, wherein the vertex angle of the BICONE-type assembly is 90 °.
삭제delete 청구항 2에 있어서,
상기 SSMM이 직선운동하는 경우, x, y축 평면에서 로봇의 y방향 동작을 생성할 수 있는 EWMF는 아래의 수학식을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇.
Figure 112019025302039-pat00020

(여기서, B0은 EWMF의 크기이고, ω는 EWMF의 각속도이다. 위와 아래의 방정식은 SSMM이 y축 방향으로 동작하여 원뿔운동 됨으로 인해 형성된 반원의 외주연 아크 중 각각 홀수 및 짝수의 아크를 이동하는 SSMM에 대응된다.)
The method of claim 2,
Wherein the EWMF capable of generating the y direction motion of the robot in the x, y axis plane when the SSMM is linear motion is calculated by the following equation: Magnetic milling robots.
Figure 112019025302039-pat00020

(Where B 0 is the magnitude of the EWMF and ω is the angular velocity of the EWMF) The above and below equations show that the SSMM moves in the y direction to move the odd and even arcs out of the semi- It corresponds to the SSMM.
청구항 6에 있어서,
상기 SSMM이 경사면에서 동작하기 위한 EWMF 조건은 x, y축 평면으로부터의 표면 각도(α)와 y축으로부터 SSMM의 롤링 방향 각도(β)를 이용하여 아래의 수학식으로 산출되는 것을 특징으로 하는, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇.
Figure 112017123205735-pat00021

The method of claim 6,
Wherein an EWMF condition for operating the SSMM on an inclined plane is calculated by the following equation using a surface angle from an x, y axis plane and an angle of a rolling direction of an SSMM from a y axis: A magnetic millimeter robot in the form of a spiricon that is operated by an external shaking magnetic field.
Figure 112017123205735-pat00021

청구항 2에 있어서,
상기 SSMM은 자외선 경화형 아크릴 플라스틱으로 제작되는 것을 특징으로 하는, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇.
The method of claim 2,
Characterized in that the SSMM is made of an ultraviolet curable acrylic plastic and is operated by an external shaking magnetic field.
청구항 8에 있어서,
상기 SSMM은 정적 마찰 계수(μ)가 0.84인 고무 플레이트 또는 0.36인 실리콘 플레이트 중 어느 하나의 것의 표면에서 롤링 동작하는 것을 특징으로 하는, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇.
The method of claim 8,
Characterized in that the SSMM is rolling on the surface of either a rubber plate having a static friction coefficient (mu) of 0.84 or a silicon plate having a static friction coefficient (mu) of 0.36.
청구항 9에 있어서,
상기 SSMM이 동작하기 위한 EWMF의 조건은, B0=10mT 및 ω=2π rad/s(1Hz)인 것을 특징으로 하는, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇.
The method of claim 9,
The SSMM EWMF conditions for this operation, 0 B = 10mT, and ω = 2π rad / s (1Hz ) , characterized in that, the external magnetic field, fluctuation of the magnetic type silicon RY mm robot operated by.
청구항 10에 있어서,
상기 SSMM이 작동 가능한 최대 표면 각도(α) 조건은 고무 플레이트 상의 표면을 롤링 동작하는 경우 표면각도(α)가 35°이고, 실리콘 플레이트 상의 표면을 롤링 동작하는 경우 표면각도(α)가 20°이되,
상기 표면각도(α)는 상기 SSMM의 y축 기준의 롤링 방향 각도(β)가 증가함에 따라 감소되는 것을 특징으로 하는, 외부 흔들림 자기장에 의해 작동되는 스피리콘 형태의 자성 밀리로봇.
The method of claim 10,
The maximum surface angle (?) Condition in which the SSMM is operable is the surface angle (?) When the surface on the rubber plate is rolling and the surface angle (?) When the surface on the silicon plate is rolling ,
Wherein the surface angle? Is reduced as the rolling direction angle? Based on the y-axis of the SSMM increases. The magnetic millimeter-type robot according to claim 1, wherein the surface angle?
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20060036112A (en) 2003-08-06 2006-04-27 올림푸스 가부시키가이샤 Medical device, medical device guide system, capsule-type medical device, and capsule-type medical device guide device
KR101272156B1 (en) * 2011-08-31 2013-06-05 전남대학교산학협력단 A Micro-Robot System For Intravascular Therapy And Controling Method Thereof

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