KR102293087B1 - 마이크로 로봇 제어용 듀얼 전자석 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원형 코일 및 솔레노이드 코일을 구비한 마이크로 로봇 제어장치에 관한 것이다. 본 발명의 마이크로 로봇 제어장치를 이용하는 경우, 유선 마이크로 로봇을 정밀하게 제어할 수 있고, 장치를 간소화 함으로써 시술 공간상 장치 설치 및 운용에 효율성을 기할 수 있다. 또한, 전자석 개수를 줄여 전원공급용 파워 개수를 감소시키고, 전력 사용량을 줄임으로써 효율적인 장치 운용을 기할 수 있다. 또한, 기 설치된 의료 장비와 호환하여 사용하는데 용이하다.

Description

마이크로 로봇 제어용 듀얼 전자석 모듈 {Dual Electromagnet Module for Controling Micro-robot}
본 발명은 두 개의 전자석 모듈로 이루어진 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈 및 이를 포함하는 마이크로 로봇 제어장치에 관한 것이다.
인체 내 마이크로 로봇을 인체 외부에서 구동하기 위한 전자기장 장치들이 개발되고 있다. 인체 내 시술 목적에 따라 유선 또는 무선의 마이크로 로봇이 활용되고 있으며, 전자기장 장치를 통해 자기장의 방향과 크기를 제어하여 마이크로 로봇을 구동하는 기술들이 알려진바 있거나 개발 중에 있다. 구체적으로 예를 들면, 인체 내 질환 부위 및 마이크로 로봇의 운동 특성을 고려하여 다수 개의 전자석/영구자석을 배치하고 고정형 또는 이동형의 시스템 구조를 갖는 전자기장 장치가 개발되고 있다.
기 개발된 전자기장 구동장치는 사용하는 전자석의 개수가 많아, 장치 크기가 커져서 시술 공간상 장치설치 및 운용이 효율적이지 못하고, 전자석 개수 증가에 따른 전원공급용 파워 개수 증가로 인해, 전력사용량이 증가하는 등 다양한 운용 관점에서 비효율적이다.
또한, 영구자석을 활용한 자기장 구동장치의 경우, 사용되는 자석의 개수는 적으나 마이크로 로봇을 제어하는데 한계가 있다. 더불어 영구자석은 자화 값이 일정하여 로봇과 자석간의 거리변화, 자석의 방향전환을 통해 로봇을 구동하므로 제어 성능에 한계가 있으며, 모터를 이용하여 영구자석의 제어공간을 확보하고 있으나, 모터 이동의 시간차로 인해 실시간 자기장 제어에 어려움이 있다.
종래 공간상 경사자장과 균일자장을 변화시켜 로봇을 제어하는 방법의 경우, 위치정보 없이는 원하는 위치로의 로봇 집속이 어려운 한계가 있다.
본 발명자들은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 본 발명의 마이크로 로봇 제어용 듀얼 전자석 모듈 및 이를 이용한 마이크로 로봇 제어장치를 완성하였다.
등록특허공보 제10-1647020호(2016.08.11.)
본 발명은 상술한 종래 기술 상의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 한 쌍 (2개)의 전자석 모듈 만을 이용하여, 원하는 관심 영역에 자기장을 집속시키고, 이를 통해 체내의 마이크로 로봇을 제어할 수 있는 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 듀얼 전자석 모듈을 포함하는 마이크로 로봇 제어장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈은 상자성체로 이루어진 자기 코어 및 상기 자기 코어 외부에 권선되어 이루어진 솔레노이드 코일을 포함하는 2개의 전자석 모듈을 포함하고;
상기 2개의 전자석 모듈은 자기장 집속을 원하는 관심 영역의 중심을 지나는 가상의 대칭축을 기준으로 상기 대칭축을 포함하는 2차원 평면 상에 상호 대칭적으로 배치된 것인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 2개의 전자석 모듈의 양 말단 중 상기 관심 영역에 가까운 일 말단에 코어 돌출부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 2개의 전자석 모듈의 상기 코어 돌출부 및 관심 영역 사이의 공간 상에 배치된 회전 가능한 구형 상자성체를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 2개의 전자석 모듈의 상기 코어 돌출부는 상호 인접한 상태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코어 돌출부는 상기 솔레노이드 코일의 내경과 동일한 직경을 갖는 원통 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코어 돌출부는 돌출이 시작되는 부분의 직경이 상기 솔레노이드 코일의 내경과 동일하며, 상기 코어 돌출부 말단의 직경은 솔레노이드 코일의 내경에 비해 상대적으로 작을 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 상기 코어 돌출부는 원뿔대 형상 또는 원통과 원뿔대가 결합된 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코어 돌출부는 상기 솔레노이드 코일의 외경과 동일한 직경을 갖는 원통 형상일 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따른 마이크로 로봇 제어장치는 상술한 듀얼 전자석 모듈; 상술한 듀얼 전자석 모듈의 솔레노이드 코일에 전원을 공급하는 전원부; 및 상술한 듀얼 전자석 모듈의 대칭축 중심 회전 운동 및 3차원 선형 이동을 제어하는 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈 및 이를 포함하는 마이크로 로봇 제어장치는, 상자성체로 이루어진 자기 코어 및 상기 자기 코어 외부에 권선되어 이루어진 솔레노이드 코일을 포함하는 2개의 전자석 모듈을 포함하는 간단한 구조의 듀얼 전자석 모듈을 이용함으로써, 자기장 집속을 원하는 관심영역에 자기장을 집속시켜 마이크로 로봇을 제어할 수 있고, 장치를 간소화 함으로써 시술 공간상 장치 설치 및 운용에 효율성을 기할 수 있다. 또한, 전자석 개수를 줄여 전원공급용 파워 개수를 감소시키고, 전력 사용량을 줄임으로써 효율적인 장치 운용을 기할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 각도 고정형 듀얼 전자석 모듈 및 각도 조절형 듀얼 전자석 모듈을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시에예 따른 듀얼 전자석 모듈의 다양한 응용 실시예들 중 기본 형태를 나타내는 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시에예 따른 듀얼 전자석 모듈의 다양한 응용 실시예들 중 회전 가능한 구형 상자성체를 포함하는 회전형 코어 형태를 나타내는 도면이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시에예 따른 듀얼 전자석 모듈의 다양한 응용 실시예들 중 회전 가능한 구형 상자성체를 포함하는 회전형 코어 형태에 결합 프레임이 결합된 모습을 나타내는 도면이다.
도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈의 다양한 응용 실시예들 중 회전 가능한 구형 상자성체를 포함하는 회전형 코어 형태에서 동일방향 전류제어에 의해 형성되는 자기장 시뮬레이션을 보여주는 도면이다.
도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈의 다양한 응용 실시예들 중 회전 가능한 구형 상자성체를 포함하는 회전형 코어 형태에서 역방향 전류제어에 의해 형성되는 자기장 시뮬레이션을 보여주는 도면이다.
도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈의 다양한 응용 실시예들 중 코어 돌출부가 상호 인접한 상태로 배치된 접촉형 코어 형태를 나타내는 도면이다.
도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈의 다양한 응용 실시예들 중 코어 돌출부가 상호 인접한 상태로 배치된 접촉형 코어 형태에서 동일방향 전류제어에 의해 형성되는 자기장 시뮬레이션을 보여주는 도면이다.
도 3h는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈의 다양한 응용 실시예들 중 코어 돌출부가 상호 인접한 상태로 배치된 접촉형 코어 형태에서 역방향 전류제어에 의해 형성되는 자기장 시뮬레이션을 보여주는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 형상의 코어 돌출부를 포함하는 실시예 중 기본적인 원통 형상의 코어 돌출부를 갖는 듀얼 전자석 모듈의 일례를 나타낸다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 형상의 코어 돌출부를 포함하는 실시예 중 말단이 점차 좁아지는 형상의 코어 돌출부를 갖는 자기장 집속형 듀얼 전자석 모듈의 일례를 나타낸다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 형상의 코어 돌출부를 포함하는 실시예 중 솔레노이드 코일 외경과 동일한 직경을 갖는 코어 돌출부를 갖는 균일 자계 확장형 듀얼 전자석 모듈의 일례를 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따라 두 전자석 모듈 각각의 솔레노이드 코일에 동일 회전 방향으로 전류가 흐르는 경우 발생하는 자기장 영역을 나타내는 시뮬레이션 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 두 전자석 모듈 각각의 솔레노이드 코일에 반대 회전 방향으로 전류가 흐르는 경우 발생하는 자기장 영역을 나타내는 시뮬레이션 도면이다.
도 6은 본 발명에 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈을 구비한 마이크로 로봇 제어장치의 실시예들을 나타낸다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따라 듀얼 전자석 모듈의 작동에 의해 소화기관 내부에서의 영상 촬영부를 포함하는 마이크로 내시경 로봇의 구동을 제어하는 방식에 대한 개념도이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 듀얼 전자석 모듈의 작동에 의해 순환 기관인 혈관 내에서의 마이크로 로봇의 구동을 제어하는 방식에 대한 개념도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈 및 이를 포함하는 마이크로 로봇 제어장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈(100)을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈에 포함되는 두 개의 전자석 모듈 각각을 구성하는 상자성체로 이루어진 자기 코어(120) 및 상기 자기 코어 외부에 권선되어 이루어진 솔레노이드 코일(110)이 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈에 포함되는 두 개의 전자석 모듈이 배치되는 각도가 고정된 상태의 "고정형 듀얼 전자석 모듈"과 두 개의 전자석 모듈이 배치되는 각도가 조절될 수 있는 "조절형 듀얼 전자석 모듈"을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2의 좌측 도는 듀얼 전자석 모듈에 의해 자기장을 집속시키고자 하는 영역인 관심 영역을 도시하고 있다. 두 개의 전자석 모듈은 도시된 바와 같이 자기장 집속을 원하는 관심 영역의 중심을 지나는 가상의 대칭축을 기준으로 상기 대칭축을 포함하는 2차원 평면 상에 상호 대칭적으로 배치된다. 이는 곧, 2차원 평면에서 벗어난 비틀린 배치 구조가 아님을 의미한다.
단일의 전자석 모듈 각각에 의해 형성되는 자기장이 중첩되는 영역에서 자기장이 집속될 수 있다. 관심 영역 내에서 자기장이 집속될 수 있도록, 듀얼 전자석 모듈의 위치를 제어할 수 있다. 구체적으로, "고정형 듀얼 전자석 모듈"의 경우, 전자석 모듈의 3차원 공간 이동 및 전자석 모듈의 방향 조절에 의해 자기장 집속 영역의 위치를 제어할 수 있고, "조절형 듀얼 전자석 모듈"의 경우, 전자석 모듈의 3차원 공간 이동 및 전자석 모듈의 방향 조절뿐 아니라 두 전자석의 배치 각도 조절에 의해 자기장 집속 영역의 위치를 제어할 수 있다.
도 3a는 듀얼 전자석 모듈의 다양한 응용 실시예들 중 기본 형태를 나타내며, 코어는 코어가 권취되지 않은 코어 돌출부(121)를 포함할 수 있다.
도 3b는 회전 가능한 구형 상자성체를 포함하는 듀얼 전자석 모듈의 일례를 나타낸다. 도 3c는 듀얼 전자석 모듈의 다양한 응용 실시예들 중 회전 가능한 구형 상자성체를 포함하는 회전형 코어 형태에 결합 프레임이 결합된 모습을 나타내는 도면이고, 도 3d는 이의 동일방향 전류제어에 의해 형성되는 자기장 시뮬레이션을 보여주는 도면이며, 도 3e는 역방향 전류제어에 의해 형성되는 자기장 시뮬레이션을 보여주는 도면이다.
도 3f는 코어 돌출부가 상호 인접한 상태로 배치된 형태의 듀얼 전자석 모듈을 나타낸다. 도 3g는 코어 돌출부가 상호 인접한 상태로 배치된 접촉형 코어 형태에서 동일방향 전류제어에 의해 형성되는 자기장 시뮬레이션을 보여주는 도면이며, 도 3h는 역방향 전류제어에 의해 형성되는 자기장 시뮬레이션을 보여주는 도면이다.
도 4a 내지 4c는 다양한 형상의 코어 돌출부를 포함하는 실시예의 구성도를 나타낸다. 도 4a는 기본적인 원통 형상의 코어 돌출부(121)를 갖는 듀얼 전자석 모듈의 일례로서, 상기 코어 돌출부는 솔레노이드 코일의 내경과 동일한 직경을 갖는 원통 형상이다. 도 4b는 말단이 점차 좁아지는 형상의 코어 돌출부(121)를 갖는 자기장 집속형 듀얼 전자석 모듈의 일례를 나타낸다. 구체적으로 예를 들면, 코어 돌출부는 돌출이 시작되는 부분의 직경이 상기 솔레노이드 코일의 내경과 동일하고, 상기 코어 돌출부 말단의 직경은 솔레노이드 코일의 내경에 비해 상대적으로 작을 수 있다. 보다 더 구체적으로 예를 들면, 상기 코어 돌출부는 원뿔대 형상 또는 원통과 원뿔대가 결합된 형상일 수 있다. 이
와 같이 말단이 점차 좁아지는 형상의 코어 돌출부를 갖는 자기장 집속형 듀얼 전자석 모듈을 사용하는 경우, 더욱 높은 밀도로 좁은 영역에 집속된 자기장을 구현할 수 있다.
도 4c는 솔레노이드 코일 외경과 동일한 직경을 갖는 코어 돌출부(121)를 갖는 균일 자계 확장형 듀얼 전자석 모듈의 일례를 나타낸다. 본 실시예와 같이 솔레노이드 코일 외경과 동일한 직경을 갖는 코어 돌출부를 갖는 자기장 집속형 듀얼 전자석 모듈을 사용하는 경우, 균일한 세기로 더욱 넓게 형성된 자기장 영역을 구현할 수 있다.
도 5a 및 5b는 한 쌍의 솔레노이드 코일에 흐르는 전류 방향에 따라 형성되는 자기장 영역에 대한 시뮬레이션을 나타낸다. 두 전자석 모듈 각각의 솔레노이드 코일에 동일 회전 방향으로 전류가 흐르는 경우 도 5a의 탑뷰에서 보는 바와 같이, 상부 중앙에 원형상으로 자기장이 집속될 수 있다. 두 전자석 모듈 각각의 솔레노이드 코일에 반대 회전 방향으로 전류가 흐르는 경우 도 5b의 탑뷰에서 보는 바와 같이, 상부 중앙에 타원형상으로 자기장이 집속될 수 있다.
본 발명의 다른 일 양태에 따른 마이크로 로봇 제어장치는, 상술한 듀얼 전자석 모듈; 상기 듀얼 전자석 모듈의 솔레노이드 코일에 전원을 공급하는 전원부; 및 상기 듀얼 전자석 모듈의 대칭축 중심 회전 운동 및 3차원 선형 이동을 제어하는 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 6은 듀얼 전자석 모듈을 구비한 마이크로 로봇 제어장치의 실시예들을 나타낸다. 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 로봇 제어장치는 듀얼 전자석 모듈이 결합되어 듀얼 전자석 모듈의 3차원 공간상 이동을 제어하는 이동부인 링크를 구비하고, 상기 링크의 형상이나 구동 방식은 종래 알려진 어떠한 방식이라도 적용 가능하며 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따른 링크의 형상은 베드의 장축을 기준으로 직교하는 평면 상에 위치하는 원둘레 형상(도 6의 좌측 도)일 수 있고, 상기 링크는 베드의 장축을 따라 선형 이동하고, 베드 장축을 중심으로 회전 운동하는 방식으로 작동할 수 있다. 또한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 링크의 형상은 하나 또는 둘 이상의 조인트가 구비된 로봇 팔 형상(도 6의 가운데 도)일 수 있고 상기 링크는 조인트의 회전 운동에 의해 듀얼 전자석 모듈의 3차원 공간상 이동을 제어하는 방식으로 작동할 수 있다. 또한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 링크의 형상은 환자가 누울 수 있는 베드의 평면과 직교하는 방향으로 놓인 선 형상의 y축 가이드 막대 및 상기 y축 가이드 막대에 직교하는 방향에 놓인 x축 가이드 막대가 상호 연결되어, 길이 신장 및/또는 접점의 위치 이동이 가능한 방식으로 결합되고, 상기 x축 가이드 막대의 일 말단에 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈이 결합되어 y축 가이드 막대 및 x축 가이드 막대의 길이 및/또는 위치 변형에 의해 듀얼 전자석 모듈을 이동시킬 수 있다. 추가적으로 듀얼 전자석 모듈은 x축 가이드 막대에 직접 연결되거나, x축 가이드 막대의 일 말단에 연결되어 회전운동할 수 있는 링커 역할을 하는 회전 가이드 막대의 일 말단에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈의 솔레노이드 코일에 전원을 공급하는 전원부는 듀얼 전자석 모듈의 두 개의 전자석 모듈 각각에 연결된 두 개의 전원 공급부를 포함하거나, 하나 또는 두 개의 아웃풋 채널을 갖는 전원 공급부를 포함할 수 있다. 바람직하게는 듀얼 전자석 모듈에 포함되는 두 전자석 모듈 각각에 동일 방향 또는 반대 방향의 전류를 인가하기 위해, 두 개의 전원 공급부를 포함하거나, 또는 두 개의 아웃풋 채널을 갖는 전원 공급부를 이용할 수 있다.
도 7은 듀얼 전자석 모듈의 작동에 의해 체내에서 마이크로 로봇의 구동을 제어하는 방식에 대한 개념도를 나타낸다. 도 7a는 소화기관 내부에서의 마이크로 로봇, 구체적으로 예를 들면, 영상 촬영부를 포함하는 마이크로 내시경 로봇을 구동하는 일 실시예를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈을 이용하면, 소화기관 내부의 일정 위치상에 자기장을 집속시킬 수 있고, 듀얼 전자석 모듈에 인가되는 전류의 방향을 제어하거나, 듀얼 전자석 모듈의 회전운동을 제어함으로써, 소화기관 내부에 위치한 마이크로 로봇, 구체적으로 예를 들면 마이크로 내시경 로봇의 회전 운동을 자유롭게 제어할 수 있고, 마이크로 내시경 로봇뿐만 아니라, 다양한 목적을 위해 다양한 마이크로 로봇의 운동을 제어할 수 있다. 도 7b는 순환 기관, 구체적으로 예를 들면 혈관 내에서의 마이크로 로봇의 구동에 대한 일 실시예를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 전자석 모듈을 이용하는 경우, 혈관 내에서의 마이크로 로봇의 이동을 자유롭게 제어할 수 있고, 특히 여러 혈관이 뻗어나가는 접점 위치에서 마이크로 로봇의 경로를 자유롭게 제어할 수 있다.

Claims (9)

  1. 상자성체로 이루어진 자기 코어 및 상기 자기 코어 외부에 권선되어 이루어진 솔레노이드 코일을 포함하는 2개의 전자석 모듈을 포함하고;
    상기 2개의 전자석 모듈은 자기장 집속을 원하는 관심 영역의 중심을 지나는 가상의 대칭축을 기준으로 상기 대칭축을 포함하는 2차원 평면 상에 상호 대칭적으로 배치되고;
    상기 2개의 전자석 모듈의 양 말단 중 상기 관심 영역에 가까운 일 말단에 코어 돌출부가 형성되고;
    상기 2개의 전자석 모듈의 상기 코어 돌출부 및 관심 영역 사이의 공간 상에 배치된 회전 가능한 구형 상자성체를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코어 돌출부는 상기 솔레노이드 코일의 내경과 동일한 직경을 갖는 원통 형상인 것을 특징으로 하는 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈.
  3. 삭제
  4. 상자성체로 이루어진 자기 코어 및 상기 자기 코어 외부에 권선되어 이루어진 솔레노이드 코일을 포함하는 2개의 전자석 모듈을 포함하고;
    상기 2개의 전자석 모듈은 자기장 집속을 원하는 관심 영역의 중심을 지나는 가상의 대칭축을 기준으로 상기 대칭축을 포함하는 2차원 평면 상에 상호 대칭적으로 배치되고;
    상기 2개의 전자석 모듈의 양 말단 중 상기 관심 영역에 가까운 일 말단에 코어 돌출부가 형성되고;
    상기 2개의 전자석 모듈의 상기 코어 돌출부는 상호 연접한 상태로 배치된 것을 특징으로 하는 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코어 돌출부는 상기 솔레노이드 코일의 내경과 동일한 직경을 갖는 원통 형상인 것을 특징으로 하는 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈.
  6. 상자성체로 이루어진 자기 코어 및 상기 자기 코어 외부에 권선되어 이루어진 솔레노이드 코일을 포함하는 2개의 전자석 모듈을 포함하고;
    상기 2개의 전자석 모듈은 자기장 집속을 원하는 관심 영역의 중심을 지나는 가상의 대칭축을 기준으로 상기 대칭축을 포함하는 2차원 평면 상에 상호 대칭적으로 배치되고;
    상기 2개의 전자석 모듈의 양 말단 중 상기 관심 영역에 가까운 일 말단에 코어 돌출부가 형성되고;
    상기 코어 돌출부는 돌출이 시작되는 부분의 직경이 상기 솔레노이드 코일의 내경과 동일하며, 상기 코어 돌출부 말단의 직경은 솔레노이드 코일의 내경에 비해 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 코어 돌출부는 원뿔대 형상 또는 원통과 원뿔대가 결합된 형상인 것을 특징으로 하는 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈.
  8. 상자성체로 이루어진 자기 코어 및 상기 자기 코어 외부에 권선되어 이루어진 솔레노이드 코일을 포함하는 2개의 전자석 모듈을 포함하고;
    상기 2개의 전자석 모듈은 자기장 집속을 원하는 관심 영역의 중심을 지나는 가상의 대칭축을 기준으로 상기 대칭축을 포함하는 2차원 평면 상에 상호 대칭적으로 배치되고;
    상기 2개의 전자석 모듈의 양 말단 중 상기 관심 영역에 가까운 일 말단에 코어 돌출부가 형성되고;
    상기 코어 돌출부는 상기 솔레노이드 코일의 외경과 동일한 직경을 갖는 원통 형상인 것을 특징으로 하는 자기장 집속용 듀얼 전자석 모듈.
  9. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 듀얼 전자석 모듈;
    듀얼 전자석 모듈의 솔레노이드 코일에 전원을 공급하는 전원부; 및
    듀얼 전자석 모듈의 대칭축 중심 회전 운동 및 3차원 선형 이동을 제어하는 이동부;
    를 포함하는 마이크로 로봇 제어장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8027714B2 (en) * 2005-05-27 2011-09-27 Magnetecs, Inc. Apparatus and method for shaped magnetic field control for catheter, guidance, control, and imaging

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150057676A1 (en) 2012-02-28 2015-02-26 Eth Zurich Magnetic navigation system with soft magnetic core electromagnets for operation in the non-linear regime
KR101647020B1 (ko) * 2015-03-12 2016-08-11 전남대학교산학협력단 코일의 위치를 가변 할 수 있는 전자기 구동 장치

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