KR102077400B1

KR102077400B1 - 자기조립식 다중모듈 구조의 초소형 로봇

Info

Publication number: KR102077400B1
Application number: KR1020180104830A
Authority: KR
Inventors: 전승문; 이학준
Original assignee: 공주대학교 산학협력단
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2020-02-13

Abstract

본 발명은 초소형 로봇에 관한 것으로, 다수개의 로봇모듈로 구성되는 초소형 로봇에 있어서, 상기 로봇모듈은, 규칙적인 원호형상 또는 다각형 형상의 단면으로 일정간격 돌출되어 형성되어 양측에 일정한 경사를 가지는 경사부가 형성되고, 하단 양측에 모서리부가 형성되는 본체부와, 상기 본체부의 모서리부 일측에 형성되는 제1연결부와 상기 모서리부 타측에 형성되는 제2연결부와, 상기 본체부에 적어도 하나 이상 구비되며 자성을 가지는 자성체 및 상기 본체부의 경사부 타측에 형성되는 홈부;를 포함하여 이루어지고, 상기 초소형 로봇은, 상기 로봇모듈이 상기 제1연결부 및 상기 제2연결부에 의해 다수개로 연결되어 구성되도록 이루어지는 것을 특징으로 하였다.

Description

자기조립식 다중모듈 구조의 초소형 로봇 {Self Prefabricated Ultra compact robot with multiple module structures}

본 발명은 초소형 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스스로 특정 형상을 취할 수 있는 자기조립식 구조를 이용하여 특정 벽 내부로 진입할 때 침습범위를 최소화 하는 형태로 주입되도록 하고, 주입 후 다시 특정 형상을 취하여 목표하던 기능을 수행할 수 있도록 하는 초소형 로봇에 관한 것이다.

마이크로 로봇은 인체 치료를 위한 기존의 외과적 수술 방법을 효과적으로 대체할 수 있으며 최소 침습을 통해 치료가 가능하도록 하는 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 사용될수 있으며, 액추에이터등의 전기장치 없이 무선으로 구동이 가능하여 조향성이 우수하다는 장점이 있다.

이와 같은 장점으로 인해, 소형 로봇은 안구, 혈관, 내장기관 등의 인체에 적용할 목적으로 활발하게 연구되고 있으며, 자기공명단층 촬영장치 등과 같은 장치에서 발생되는 외부 자기장으로 구동되는 마이크로 로봇은 전기적으로 구동되는 마이크로 로봇과는 달리 전지나 에너지 전달을 위한 유선 에너지 공급장치가 필요 없으므로 소형화에 유리하고 인체에 보다 안전하게 사용될 수 있다는 장점으로 인하여 안구, 혈관, 내장기관 등의 인체에 적용할 목적으로 활발하게 연구되고 있다.

이는 특히 혈관치료를 위한 마이크로 로봇은 혈관 확장을 위한 스텐트 장착, 약물전달 및 조직검사 등의 역할을 수행할 수 있다.

그러나, 종전의 마이크로 로봇의 경우, 특정한 형상이 항상 유지되도록 구성됨에 따라, 마이크로 로봇을 활용하기 위해 인체에 주입할 때, 침습범위가 넓어짐에 따라 손상되는 부위가 넓어지고, 침습이 가능한 범위가 한정적이라는 단점이 있었다.

KR

10-1458938

B1

KR

10-1471526

B1

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 특정형상으로 변형이 가능하도록 초소형 로봇을 다수개의 로봇모듈의 결합으로 구성하고, 자기력 또는 외부자기장에 의해 결합 및 분리가 용이하게 이루어지도록 하여, 초소형 로봇의 주입시에는 초소형 로봇이 일렬로 나열되는 체인형상으로 구성되도록 하여 침습범위가 최소화되도록 하고, 주입후에는 다각형등의 특정형상으로 결합되는 형태로 구성되도록 하여 목표하던 기능을 수행할 수 있도록 하는 초소형 로봇을 제공하는데 있다.

또한, 초소형 로봇에 자성체를 구비하고 외부자기장을 통해 조립 또는 분해가 가능하도록 하여 외부의 도움없이 필요한 형상의 변형과, 필요한 업무를 수행할 수 있도록 하는 초소형 로봇을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 내부에 별도의 배터리나 액추에이터를 갖추지 않도록 함으로써 소형화가 가능하도록 하고, 구동시간 및 구동범위에 제약이 적으며, 무선으로 구동이 이루어지도록 하여 조향성에서도 유리한 초소형 로봇을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 초소형 로봇은 다수개의 로봇모듈로 구성되는 초소형 로봇에 있어서, 상기 로봇모듈은, 규칙적인 원호형상 또는 다각형 형상의 단면으로 일정간격 돌출되어 형성되어 양측에 일정한 경사를 가지는 경사부가 형성되고, 하단 양측에 모서리부가 형성되는 본체부와, 상기 본체부의 모서리부 일측에 형성되는 제1연결부와 상기 모서리부 타측에 형성되는 제2연결부와, 상기 본체부에 적어도 하나 이상 구비되며 자성을 가지는 자성체 및 상기 본체부의 경사부 타측에 형성되는 홈부;를 포함하여 이루어지고, 상기 초소형 로봇은, 상기 로봇모듈이 상기 제1연결부 및 상기 제2연결부에 의해 다수개로 연결되어 구성되도록 이루어지는 것을 특징으로 하였다.

또한, 상기 초소형 로봇은, 상기 자성체간에 발생되는 자기력에 의해 다각형 형상으로 결합되거나, 상기 초소형 로봇에 가해지는 외부자기장에 의해 체인형상으로 분리되도록 이루어지는 것을 특징으로 하였다.

또한, 상기 초소형 로봇에 가해지는 외부자기장은 전자기구동시스템의 의해 발생되도록 이루어지며, 상기 전자기구동시스템은 서로직교하는 3축 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)로 구성되는 것을 특징으로 하였다.

또한, 상기 초소형 로봇은

이 만족되는 값을 가질 때, 분해가 되도록 이루어지는 것을 특징으로 하여 본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제를 해결하고자 하였다.

본 발명의 초소형 로봇에 의하면, 특정형상으로 변형이 가능하도록 초소형 로봇을 다수개의 로봇모듈의 결합으로 구성하고, 자기력 또는 외부자기장에 의해 결합 및 분리가 용이하게 이루어지도록 하여, 초소형 로봇의 주입시에는 초소형 로봇이 일렬로 나열되는 체인형상으로 구성되도록 하여 침습범위가 최소화되도록 하고, 주입후에는 다각형등의 특정형상으로 결합되는 형태로 구성되도록 하여 목표하던 기능을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 초소형 로봇에 자성체를 구비하고 외부자기장을 통해 조립 또는 분해가 가능하도록 하여 외부의 도움없이 필요한 형상의 변형과, 필요한 업무를 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 내부에 별도의 배터리나 액추에이터를 갖추지 않도록 함으로써 소형화가 가능하도록 하고, 구동시간 및 구동범위에 제약이 적으며, 무선으로 구동이 이루어지도록 하여 조향성에서도 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 로봇모듈의 사시도.
도 2는 본 발명의 초소형 로봇의 제1실시예의 모습을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 초소형 로봇의 제1실시예의 다른 실시예를 나타낸 사시도
도 4는 본 발명의 초소형 로봇에 구비된 자성체의 착자세기 및 방향을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 로봇모듈의 정면도.
도 6은 본 발명의 설계변수들에 따른 반력과 조립의 강도의 변화를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 초소형 로봇의 제1실시예에 의한 외부 자기장에 따른 반력변화를 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 초소형 로봇의 제2실시예에 의한 외부 자기장 반력에 따른 반력변화를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 초소형 로봇이 조립된 모습과 초소형 로봇이 분리된 모습을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 초소형 로봇의 제3실시예를 나타낸 도면

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.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 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.

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.

도 1은 본 발명의 로봇모듈(10)의 모습을 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 로봇모듈(10)은 본체부(20)와, 상기 본체부(20)의 일측에 형성되는 제1연결부(51)와, 상기 본체부(20)의 타측에 형성되는 제2연결부(52)와, 상기 본체부(20)의 일측 경사면에 형성되는 자성체(30)과, 상기 본체부(20)의 타측 경사면에 형성되는 홈부(40)를 포함하여 이루어진다.

상기 본체부(20)는 특정형상으로 형성되는 단면이 일정간격 돌출되어 형성되는데, 본원발명의 실시예에서는 상기 본체부(20)를 사다리꼴 형상으로 형성하여 양측에 일정한 경사를 가지는 경사부(21)가 형성되고, 하단 양측에 모서리부가 형성된다.

즉, 본원발명에서의 상기 본체부(20)는 다양한 형상으로 형성되는 본체부(20) 중 하나의 실시예를 나타낸 것이며, 상기 본체부(20)는 규칙적인 원호형상, 또는 다각형 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1연결부(51)는 상기 본체부(20)의 모서리부 일측에 형성되어 상기 제2연결부(52)와 결합되도록 이루어진다.

이를 위해 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 제1연결부(51)는 홈부(40)가 형성되고, 상기 제2연결부(52)에는 돌출부가 형성되어, 상기 홈부(40)와 상기 돌출부의 결합에 의해 상기 제1연결부(51)와 상기 제2연결부(52)가 결합될 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 자성체(30)는 상기 본체부(20)의 경사부(21)에 형성되어 다수개의 로봇모듈(10)이 연결될 때, 상기 자성체(30)의 자기력 의해 초소형 로봇(1)이 규칙적인 원호형상 또는 다각형의 형상으로 구성될 수 있도록 한다.

이때, 상기 자성체(30)는 본원발명의 본체부(20)가 사다리꼴 형상으로 형성됨에 따라 경사부(21)의 일측에 형성되도록 실시하였으나, 상기 본체부(20)의 형상에 따라 구비되는 위치에 관계 없이 상기 본체부(20)에 적어도 하나 이상 형성되도록 하여, 각각의 로봇모듈(10)의 결합 및 분해가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 자성체(30)는 NdFeB(네오디움)자석 등의 자성을 가지는 다양한 종류의 자석중 어느 하나로 구성될 수 있으며, 상기 경사부(21)에

의 각도로 삽입되도록 이루어진다.

상기 홈부(40)는 상기 초소형 로봇(1)이 다각형 형상으로 조립될 때, 상기 자성체(30)가 구비된 경사부(21)가, 상기 홈부(40)에 형성된 경사부(21)에 접촉되도록 하여, 상기 자성체(30)가 상기 홈부(40)에 결합되도록 함으로써 상기 초소형 로봇(1)이 용이하게 조립될 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 구성되는 상기 로봇모듈(10)은 상기 제1연결부(51) 및 상기 제2연결부(52)에 의해 다수개로 결합될 수 있도록 이루어지는데, 이에 대한 내용을 도 2 및 도 3을 통해 후술하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 초소형 로봇(1)의 제1실시예의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 초소형 로봇(1)의 제1실시예의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 초소형 로봇(1)은 각각의 로봇모듈(10)이 분리되어 체인형상으로 형성되거나, 각각의 로봇모듈(10)이 결합되어 다각형 형상으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 초소형 로봇(1)을 체인형상으로 형성함으로써, 상기 초소형 로봇(1)을 체내등에 주입할 때, 침습범위가 최소화되도록 하여 외관의 손상이 최소화 될 수 있도록 할 수 있으며, 상기 초소형 로봇(1)을 다각형 형상으로 형성하여, 상기 초소형 로봇(1)가 특정조직의 채취 또는 약물주입등의 목표업무를 수행할 수 있도록 할 수 있도록 이루어지는 것이다.

이와 같은 상기 초소형 로봇(1)의 형상은 상기 본체부(20)에 형성되는 상기 자성체(30)의 자기력에 의해 결합되도록 이루어지며, 후술되는 전자기구동시스템에서 발생되는 외부자기장 의해 분리되도록 이루어지는데, 이에 대한 내용은 도 6 내지 도 9를 통해 후술하도록 한다.

한편, 도 4는 본 발명의 초소형 로봇(1)에 구비된 자성체(30)의 착자세기 및 방향을 나타낸 도면이며, 도 4에 기재된

은 n번 모듈에 삽입되어 있는 자성체(30)의 자기쌍극자(magnetic dipole)를 의미하며, 시계반대방향을 따라 순서대로 번호를 부여하였다.

앞서 설명한 바와 같이 상기 초소형 로봇(1)이 체인형상으로 분리되거나, 다각형의 형상으로 결합되는데, 이때, 상기 초소형 로봇(1)을 형성하는 다수개의 상기 로봇모듈(10) 중, 마지막에 결합되는 상기 로봇모듈(10), 즉, 상기 초소형 로봇(1)의 꼬리부분에 해당하는 상기 로봇모듈(10)에 장착되는 자성체(30)는 다른 상기 로봇모듈(10)에 장착되는 자성체(30)보다 낮은 착자세기를 갖는 것을 사용하여 상기 초소형 로봇(1)의 분해 및 조립이 상기 로봇모듈(10)의 머리부분과 꼬리부분에서 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이를 도 4를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면,

에 구비된 자성체(30)는

...

에 구비된 자성체(30)보다 낮은 착자 세기를 갖는 자성체(30)를 사용하여, 상기 로봇모듈(10)이 결합하여 상기 초소형 로봇(1)을 형성할 때,

...

간의 결합은

과

간의 결합보다 강한 착자 세기를 갖도록 하여, 상대적으로 낮은 착자 세기를 갖는

과

의 분리가 용이하게 이루어지도록 하여, 상기 초소형 로봇(1)의 분해 및 결합이 머리부분과 꼬리부분에서 이루어지도록 하는 것이다.

한편, 본원발명에서 제1실시예는 상기 로봇모듈(10)이 5개 연결된 것을 나타내며, 제2실시예는 상기 로봇모듈(10)이 10개로 연결된 것을 나타내는데, 이는 설명의 편의를 위해 연결되는 로봇모듈(10)의 개수를 한정한 것일 뿐, 상기 초소형 로봇(1)을 구성하는 상기 로봇모듈(10)의 연결개수는 이에 한정되지 않는다.

상기한 바와 같이 본원발명에서는 제1실시예 및 제2실시예에 의한 초소형 로봇(1)이 개시되며, 제1실시예와 제2실시예에 의해 상기 초소형 로봇(1)이 구성될때, 각각의 상기 로봇모듈(10)의 구성에 차이가 존재하는데 이를 본 발명의 로봇모듈(10)의 정면도인 도 5와 하기의 표 1을 참조하여 후술하면 다음과 같다.

-본원발명의 제1,2실시예에 의한 로봇모듈(10)의 설계변수-

	실시예1	실시예2
n	5	10
r	2mm	5mm
h	3mm	4mm
	0.8357
	58°	27°

n: 모듈의 개수

: 자석의 세기비

: 자성체(30) 각도

이때

는 자석의 세기비를 나타낸 것으로, 다음의 [식 1]에 의해 정해진다.

[식 1]

:마지막 로봇모듈(10)에 구비된 자성체(30)의 자석세기

: 1~n의 로봇모듈(10)에 구비된 자성체(30)의 자석세기

위의 [식 1]에 의해

=1인 경우, 상기 초소형 로봇(1) 내의 모든 magnetic dipole(자기 쌍극자)는 원형으로 대칭이므로, 로봇의 총 magnetic dipole는 0으로 된다. 그러므로

이 1이 아닌 경우에는 상기 초소형 로봇(1)의 총 magnetic dipole는

의 반대방향이 되므로, 상기 초소형 로봇(1)이 외부자기장에 의해 정력되어 있다고 가정하면 각 모듈이 외부 자기장에 의해 받는 토크는 다음의 [식 2]로 나타낼 수 있다.

[식 2]

: k번째 로봇모듈(10)에 구비된 자성체(30)의 자석세기

: 각 로봇모듈(10)이 전 로봇모듈(10)을 기준으로 회전한 각도(

)

: 외부 자기장의 세기

: z방향 단위벡터

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 초소형 로봇(1)은 각각의 상기 로봇모듈(10)에 구비되는 상기 자성체(30)과 다른 상기 로봇모듈(10)에 구비되는 상기 자성체(30)에 의해 결합되도록 이루어지고, 상기 자성체(30)과 전자기구동시스템에 의해 발생되는 자기장과의 상호작용에 의해 분리되도록 이루어지는데, 이에 대한 내용은 도 6 내지 도 8을 통해 후술하기로 하며, 이와 같은 본원발명의 각 실시예에 따른 반력변화를 설명하기에 앞서,본원발명에서의 반력은 다음의 [식 3]과 [식 4]를 통해 계산된다.

[식 3]

위의 식에서

는 반력이며,

,

은 k 번 로봇모듈(10)이 (k - 1) 번 로봇모듈(10)에 의해 접촉점에서 받는 반력 및 회전관절에서 받는 반력이다.

또한,

,

는 k번 로봇모듈(10)에 삽입된 자성체(30)가 받는 자기력(Magnetic Force)과 자기토크(Magnetic Torque)를 의미하고, 아래첨자 x',y'는 힘의 해당 방향 성분을 의미한다.

위의 [식 3]을 통해 계산된

의 부호에 따라 조립여부가 결정되도록 이루어지는 것이며, 양수인 경우에는 상기 초소형 로봇(1)이 다각형 형상의 상태를 유지하도록 힘이 작용되고 있다는 것을 의미하며, 이와 반대로 음수인 경우에는 상기 초소형 로봇(1)이 체인형상으로 분해되도록 힘이 작용되고 있다는 것을 의미한다.

따라서, 다음의 [식 4]가 만족될 때, 상기 초소형 로봇(1)은 분해가 이루어지게 된다.

[식 4]

위의 [식 4]에서

는 조립의 강도를 의미하며,

는 k번 로봇모듈(10)이 (k - 1)번 로봇모듈(10)에 의해 접촉점에서 받는 반력을 의미한다. 즉, 로봇모듈의 반력이 양수이면 인접한 모듈끼리 서로 당기는 힘(조립)이 발생하고, 로봇모듈의 반력이 음수이면 인접한 모듈끼리 서로 밀어내는 힘(분해)이 발생하는 것을 의미한다. (이때, 로봇을 구성하는 전체 모듈 중 하나라도 분해가 일어나면 로봇은 분해가 된 것으로 간주한다.)
따라서, [식 4]는 k번 로봇모듈(10)이 (k - 1)번 로봇모듈(10)에 의해 접촉점에서 받는 반력 중 가장 작은 값이 조립의 강도이며, 이와 같은 조립의 강도가 0보다 작거나 같을 때, 즉, 조립 강도의 부호가 음수이거나 0 일 때 ,상기 초소형 로봇의 분해가 이루어진다는 의미이다.

도 6은 본 발명의 설계변수들에 따른 반력과 조립의 강도의 변화를 나타낸 도면이다.

즉 도 6a 및 도 6b는

에 따른

와

의 변화를 나타낸 것이고, 도 6c 및 도 6d는 r에 따른

와

의 변화를 나타낸 것이며, 도 6e는 n에 따른

의 변화를 나타낸 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 자석의 삽입각도

에 따라

는 주기가

인 정현파 형태이며,

또한 정편파와 근사하게 나타나는 것을 알 수 있다.

이때, 최대 자석 각도

는

가 최대가 되는 자석 각도이며, 상기 로봇모듈(10)의 개수 n에 따라

는 증가하는 형태이다.

이는 동일한 반경의 로봇에서 내부 구멍의 크기(r)에 따라

는 감소하며, 따라서

역시 감소하는 것을 알 수 있다.

이와 같이 r과 n에 대해서 이러한 경향을 보이는 이유는 r이 감소하고 n이 증가할수록 각 모듈의 자석 간의 거리가 좁아져 상호작용이 더 강하게 발생하기 때문이다.

상기한 [식 3] 및 [식 4]를 통해 계산된 반력의 변화를 도 7 및 도 8에 도시하였다.

도 7은 본 발명의 초소형 로봇의 제1실시예에 의한 외부 자기장에 따른 반력변화를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 초소형 로봇(1)의 제2실시예에 의한 외부 자기장 반력에 따른 반력변화를 나타낸 도면이다.

위의 반력의 변화를 측정하기 위해 사용된 본원발명의 실시예는 상기의 [표 1]에 기재된 설계값을 사용하였으며, 위의 [식 3] 및 [식 4]를 통해 계산한 결과, 설계값을 통해 제작된 상기 초소형 로봇(1)은 외부자기장이 없는 상태, 즉 (

=0)에서 자기조립이 될 것으로 예측되며, 본원발명의 제1실시예인 n=5의 경우 약 31mT의 자기장 내에서 분해가 이루어질 것으로 예측되었으며, 본원발명의 제2실시예인 n=10의 경우 약 33mT의 자기장 내에서 조립이 분해될 것으로 예측되었다.

이와 같은 실험결과를 도 9를 참조하여 더욱 구체적으로 후술하면 다음과 같다.

도 9에서 (a)는 자기조립된 시제품의 모습을 나타낸 도면이고, (b)는 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 로봇(1)이 외부자기장에 의해 분해된 모습을 나타낸 도면이며, (c)는 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 로봇(1)이 외부자기장에 의해 분해된 모습을 나타낸 것이다.

즉, 도 9a는 외부자기장이 발생되지 않은 상태(

=0)에서 상기 초소형 로봇(1)이 자기조립되는 상태를 나타낸 것이고, 도 9b 및 도9c는 외부자기장에 의해 상기 초소형 로봇(1)이 체인형상으로 분리된 모습을 나타낸 것이다.

이와 같이 상기 초소형 로봇(1)이 분리가 되면 외부자기장과 일정한 각도(

)를 이루며 나열되는데, 이러한 이유는 상기 로봇모듈(10)에 구비된 상기 자성체(30)가

의 각도로 삽입되어 있기 때문이다.

이때, 상기 초소형 로봇에 가해지는 외부자기장은 전자기구동시스템의 의해 발생되도록 이루어지며, 상기 전자기구동시스템은 서로직교하는 3축 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 초소형 로봇을 이용하여 카고(cargo)를 특정한 목표지점까지 옮길 수 있도록 이루어지는데, 이에 대한 내용을 도 10을 통해 후술하면 다음과 같다.

도 10은 본 발명의 초소형 로봇의 제3실시예를 나타낸 도면으로, 본원발명에서의 제3실시예는 본 발명의 초소형 로봇을 이용하여 카고를 특정한 목표지점까지 옮기는 것을 나타낸다.

먼저 도 10a와 같이, 상기 초소형 로봇은 구름(rolling)운동을 통해 카고(C)가 위치되어 있는 곳으로 이동된다.

이때, 상기 초소형 로봇(1)이 도 10a에 도시된 바와 같이 다각형의 형상으로 형성되기 전, 도 2에 도시된 바와 같이 체인형상으로 이루어진 상태로 특정부위에 침습될 수 있는바, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

다시 도 10a를 참조하면, 상기 초소형 로봇(1)이 카고(C)가 위치되어 있는 곳으로 이동하여 카고(C)의 근처로 위치되면, 도 10b에 도시된 바와 같이 상기 초소형 로봇(1)이 분리되도록 이루어져, 카고(C)를 감싸는 형태로 형성된다.

이후, 도 10b에 도시된 바와 같이, 카고(C)를 완전히 감싸는 형태로 형성된 상태에서, 다시 구름이동을 통해, 카고(C)를 특정한 목표지점까지 이동시키도록 이루어지는 것이다.

이후, 상기 초소형 로봇(1)이 특정한 목표지점에 도달하게 되면, 다시 도 10b와 같은 형태로 분리되어 카고(C)를 목표지점에 놓은 후, 도 10d에 도시된 바와 같이 다각형 형상으로 조립되어 이후의 목표지점으로 이동되게 된다.

즉, 상기 초소형 로봇(1)은 각각의 로봇모듈(10)이 분리되도록 이루어져 카고(C)의 외부를 감쌀 수 있도록 형성되고, 각각의 로봇모듈(10)이 다각형 또는 원호형상으로 결합되도록 이루어져, 각각의 로봇모듈(10)의 결합으로 인해 중앙에 고정홈(60)이 형성되며, 상기 고정홈(60)을 통해 카고(C)의 외부를 파지할 수 있도록 하여 카고(C)를 특정한 목표지점까지 이동시킬 수 있도록 이루어지는 것이다.

이때, 본원발명에서의 카고(C)는 상기 초소형 로봇을 통해 이동시킬 수 있는 모든 물질이 해당될 수 있으며, 특정한 목표지점이란 상기 전자기구동시스템을 통해 상기 초소형 로봇이 이동될 수 있는 모든 범위가 포함될 수 있다.

또한, 본원발명의 제 3실시예에서는 상기 고정홈(60)이 특정한 형상, 이를테면 다각형의 형상으로 이루어진 것을 나타내었으나, 주지하다시피 본 발명의 초소형 로봇의 형상에 따라 상기 고정홈(60)의 형상이 달라질 수 있음은 물론이다.

이와 같이 상기 초소형 로봇은 자기력 또는 외부자기장에 의해 조립 및 분해가 이루어지므로, 침습범위를 최소화함으로써 외관의 손상을 최소화 하고, 주입 후 특정형상으로 변형하여 목표하던 기능을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 내부에 별도의 배터리나 액추에이터를 갖추지 않도록 함으로써 소형화가 가능하도록 하고, 구동시간 및 구동범위에 제약이 적은 효과가 있다.

또한, 각각의 로봇모듈이 특정형상으로 결합되거나 분리되도록 함으로써, 상기 초소형 로봇 모듈의 중앙에 카고를 파지할 수 있는 고정홈이 형성되도록 하여, 카고를 특정한 목표지점까지 이동시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 초소형 로봇에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

1 : 초소형 로봇 10 : 로봇모듈
20 : 본체부 21 : 경사부
30 : 자성체 40 : 홈부
51 : 제1연결부 52 : 제2연결부
60 : 고정홈

Claims

다수개의 로봇모듈로 구성되는 초소형 로봇에 있어서,
상기 로봇모듈은, 규칙적인 원호형상 또는 다각형 형상의 단면으로 일정간격 돌출되어 형성되어 양측에 일정한 경사를 가지는 경사부가 형성되고, 하단 양측에 모서리부가 형성되는 본체부;
상기 본체부의 모서리부 일측에 형성되는 제1연결부와 상기 모서리부 타측에 형성되는 제2연결부;
상기 본체부에 적어도 하나 이상 구비되며 자성을 가지는 자성체; 및
상기 본체부의 경사부 타측에 형성되는 홈부;를 포함하여 이루어지고,
상기 초소형 로봇은, 상기 로봇모듈이 상기 제1연결부 및 상기 제2연결부에 의해 다수개로 연결되어 구성되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 초소형 로봇은, 상기 자성체간에 발생되는 자기력에 의해 원호 또는 다각형 형상으로 결합되거나, 상기 초소형 로봇에 가해지는 외부자기장에 의해 체인형상으로 분리되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 초소형 로봇은 각각의 로봇모듈이 분리되도록 이루어져 카고의 외부를 감쌀 수 있도록 형성되고, 각각의 로봇모듈이 다각형 또는 원호형상으로 결합되도록 이루어져, 각각의 로봇모듈의 결합으로 인해 중앙에 고정홈이 형성되며, 상기 고정홈을 통해 카고의 외부를 파지할 수 있도록 하여 카고를 특정한 목표지점까지 이동시킬 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 로봇.
청구항 2에 있어서,
상기 초소형 로봇에 가해지는 외부자기장은 전자기구동시스템의 의해 발생되도록 이루어지며, 상기 전자기구동시스템은 서로직교하는 3축 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)로 구성되는 것을 특징으로 하는 초소형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 초소형 로봇은
이 만족되는 값을 가질 때, 분해가 되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 로봇.
(
는 조립의 강도,
는 k번 로봇모듈이 (k - 1)번 로봇모듈에 의해 접촉점에서 받는 반력.)