KR102601095B1 - 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치 - Google Patents

최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 최소 상한 노름 전류해를 이용하여 생성한 전류지령을 복수의 코일에 인가하여 상기 복수의 코일에 의해 생성되는 자기장의 합성을 제어하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 목표위치(P)에서의 자기장 정보(Bref(P))를 입력받는 자기장 정보 입력부, 상기 복수의 코일로부터 미리 정해진 범위에 속하는 위치들에 대한 단위 전류 자속밀도가 저장되어 있는 룩업 테이블을 참조하여 상기 목표위치에서의 상기 복수의 코일의 단위 전류 자속밀도를 지시하는 구동 매트릭스(A(P))를 연산하는 구동 매트릭스 연산부, 상기 목표위치에서의 자기장 정보와 구동 매트릭스로부터 획득되는 전류해(I * )에 최소 자승법을 적용하여 제1 전류지령(I mcl * )을 연산하는 제1 전류지령 연산부, 상기 목표위치에서의 자기장 정보와 구동 매트릭스로부터 획득되는 전류해(I * ) 중에서 상한 노름이 최소가 되는 제2 전류지령(I inf * )을 연산하는 제2 전류지령 연산부 및 상기 복수의 코일의 정격전류(i rated ), 상기 제1 전류지령(I mcl * )의 상한 노름 및 상기 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름의 비교 결과에 따라 최종 전류지령을 결정하는 전류지령 결정부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 코일의 정격 전류 제한과 같은 전류 제한 상황에서 합성 가능한 자기장의 크기를 최대화할 수 있다.

Description

최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치{MAGNETIC FIELD SYNTHESIS CONTROLLER USING MINIMUM MAXIMUM NORM CURRENT SOLUTION}
본 발명은 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 코일의 정격 전류 제한과 같은 전류 제한 상황에서 합성 가능한 자기장의 크기를 최대화할 수 있는 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자기 카테터(magnetic catheter)는 밀리미터/서브 밀리미터 범위의 개별 부품으로 구성되어 외부 자기장에 의해서 동작하며, 주로 영구자석(N52), PDMS(polydimethylsiloxane), 강자성 물질 등으로 이루어져 있다. 이러한 자기 카테터는 주로 혈관 중재 시술에 사용되며, 혈관 안에서 자유롭게 움직일 수 있도록, 외부에서 자기장 지령을 합성해 주어야 한다.
자기 카테터를 제어하기 위한 외부 자기장은 코일에 흐르는 전류에 의해 합성된다.
자기 카테터를 제어하기 위한 외부 자기장을 합성하기 위해, 예를 들어, 외부 자기장의 방향과 세기 및 자기 카테터의 위치를 수술 진행자가 컴퓨터에 입력하면, 자기장을 합성하기 위해 요구되는 각 코일의 전류 지령을 컴퓨터가 계산하여 인버터를 통해 각 코일에 전류 지령을 인가하는 과정이 수행될 수 있다.
원하는 방향과 세기로 이루어진 자기장 정보()를 합성할 수 있는 n개 전류의 해를 구하는 과정은 다음과 같이 수행될 수 있다.
사용자 또는 수술 담당자가 X-ray 등을 통해 자기 카테터의 위치(P)를 확인하고, 원하는 방향과 세기로 이루어진 자기장 정보()를 컴퓨터를 통해 입력할 수 있다. 입력된 자기장 정보()를 다음 수식 1과 같이 코일에 필요한 전류(I * )와의 관계로 나타낼 수 있다.
[수식 1]
는 구동 매트릭스(Actuation Matrix)이며 P에 위치한 각 코일의 단위 전류 자속 밀도이다. 따라서 를 안다면 전류(I * )의 해를 구할 수 있다. 는 미리 자기 카테터의 운전 영역의 특정 지점에서 단위 전류 자속 밀도를 측정하여 룩업(look-up table)을 만든 다음 선형 보간법을 통해 생성할 수 있다.
아래에서는, 코일에 인가되는 전류지령을 연산하는 종래 기술 및 그에 따른 문제점을 설명한다. 이러한 설명은 코일의 정격 전류에 의해 전류지령이 어떻게 제한되는지를 보여주고 있으며, 저류지령이 제한되었을 때 합성한 자기장 방향이 원하는 자기장 방향과 일치하지 않거나 크기가 작아지는 문제점이 발생한다는 것을 보여준다.
먼저, 종래기술 1(M. P. Kummer, J. J. Abbott, B. E. Kratochvil, R. Borer, A. Sengul and B. J. Nelson, "OctoMag: An Electromagnetic System for 5-DOF Wireless Micromanipulation," in IEEE Transactions on Robotics, vol. 26, no. 6, pp. 1006-1017, Dec. 2010, doi: 10.1109/TRO.2010.2073030)을 설명한다.
종래기술 1에 따르면, 아래 수식 2와 같이 최소 자승법(Least Square Method)을 통해 전류의 해를 구한다. 수식 2를 통해 구한 전류의 해는 코일에서 열 손실이 최소(minimum copper loss)가 되는 해이다.
[수식 2]
n개의 전류의 해(I mcl * ) 중에서 정격 전류를 넘는 해가 있을 경우, 그 해는 정격 전류로 제한한다. 이를 표현하면 다음 수식 3과 같다.
[수식 3]
하지만 위와 같이 n개의 전류의 해 중에서 특정 전류가 정격 전류(i rated )로 제한될 경우, 입력한 자기장의 방향이 틀어져 자기장 합성을 원하는 방향으로 제어하지 못하는 문제가 발생한다.
다음으로, 종래기술 2(J. Lee and J. Ha, "Direction Priority Control Method for Magnetic Manipulation System in Current and Voltage Limits," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 4, pp. 2914-2923, April 2017, doi: 10.1109/TIE.2016.2633231.)를 설명한다.
종래기술 2도 종래기술 1과 동일하게 최소 자승법(Least Square Method)을 통해 전류의 해를 구한다.
n개의 전류의 해 중에서 코일의 정격 전류를 넘는 해가 있을 경우, 자기장의 방향을 유지하기 위해 다음 수식 4와 같이 모든 전류에 를 곱해준다.
[수식 4]
는 다음 수식 5와 같이 구한다.
[수식 5]
은 I mcl * 의 상한 노름(maximum norm)이다.
종래기술 2에 따르면, 자기장의 방향은 유지되지만 배만큼 전류가 작아져서 자기장의 크기가 작아지는 문제점이 있다.
도 1은 종래기술들에 따라 전류 지령이 전류 제한을 넘었을 경우의 자기장 출력을 나타낸 도면이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 종래기술 1에 따르면, 전류 제한을 넘는 전류만 줄인다면(adjustment), 합성되는 자기장의 방향이 원하는 자기장()의 방향과 일치하지 않는 문제가 발생한다는 것을 알 수 있다.
도 1의 (b)를 참조하면, 종래기술 2에 따르면, 모든 전류 지령을 같은 비율 로 감소시키기 때문에, 합성되는 자기장의 방향은 일치하나 크기는 원하는 자기장()보다 작아지는 문제가 발생한다는 것을 알 수 있다.
공개특허공보 제10-2012-0098549호(공개일자: 2012년 09월 05일, 명칭: 카테터 기반을 가지는 의료 시술용 전자기 구동 수술장치)
1. M. P. Kummer, J. J. Abbott, B. E. Kratochvil, R. Borer, A. Sengul and B. J. Nelson, "OctoMag: An Electromagnetic System for 5-DOF Wireless Micromanipulation," in IEEE Transactions on Robotics, vol. 26, no. 6, pp. 1006-1017, Dec. 2010, doi: 10.1109/TRO.2010.2073030. 2. J. Lee and J. Ha, "Direction Priority Control Method for Magnetic Manipulation System in Current and Voltage Limits," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 4, pp. 2914-2923, April 2017, doi: 10.1109/TIE.2016.2633231.
본 발명의 기술적 과제는 코일의 정격 전류 제한과 같은 전류 제한 상황에서 합성 가능한 자기장의 크기를 최대화할 수 있는 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 최대화된 자기장 합성 능력으로 혈관 중재 시술에 사용되는 자기 카테터 등과 같은 자기장을 이용한 마이크로로봇의 제어 영역을 확장할 수 있는 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 최소 상한 노름 전류해를 이용하여 생성한 전류지령을 복수의 코일에 인가하여 상기 복수의 코일에 의해 생성되는 자기장의 합성을 제어하는 장치로서, 목표위치(P)에서의 자기장 정보(Bref(P))를 입력받는 자기장 정보 입력부, 상기 복수의 코일로부터 미리 정해진 범위에 속하는 위치들에 대한 단위 전류 자속밀도가 저장되어 있는 룩업 테이블을 참조하여 상기 목표위치에서의 상기 복수의 코일의 단위 전류 자속밀도를 지시하는 구동 매트릭스(A(P))를 연산하는 구동 매트릭스 연산부, 상기 목표위치에서의 자기장 정보와 구동 매트릭스로부터 획득되는 전류해(I * )에 최소 자승법(Least Square Method)을 적용하여 제1 전류지령(I mcl * )을 연산하는 제1 전류지령 연산부, 상기 목표위치에서의 자기장 정보와 구동 매트릭스로부터 획득되는 전류해(I * ) 중에서 상한 노름()이 최소가 되는 제2 전류지령(I inf * )을 연산하는 제2 전류지령 연산부 및 상기 복수의 코일의 정격전류(i rated ), 상기 제1 전류지령(I mcl * )의 상한 노름() 및 상기 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름()의 비교 결과에 따라 최종 전류지령을 결정하는 전류지령 결정부를 포함한다.
본 발명에 따른 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치에 있어서, 상기 전류지령 결정부는 상기 정격전류(i rated )가 상기 제1 전류지령(I mcl * )의 상한 노름보다 큰 경우, 상기 제1 전류지령(I mcl * )을 상기 최종 전류지령으로 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치에 있어서, 상기 전류지령 결정부는 상기 정격전류(i rated )가 상기 제1 전류지령(I mcl * )의 상한 노름보다 작고 상기 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름보다 큰 경우, 하기 수식 16, 수식 17에 따라 상기 최종 전류지령을 결정하는 것을 특징으로 한다.
[수식 16]
[수식 17]
본 발명에 따른 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치에 있어서, 상기 수식 16의 q는 하기 수식 18, 수식 19에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
[수식 18]
[수식 19]
본 발명에 따른 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치에 있어서, 상기 전류지령 결정부는 상기 정격전류(i rated )가 상기 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름보다 작은 경우, 하기 수식 20에 따라 상기 최종 전류지령을 결정하는 것을 특징으로 한다.
[수식 20]
본 발명에 따르면, 코일의 정격 전류 제한과 같은 전류 제한 상황에서 합성 가능한 자기장의 크기를 최대화할 수 있는 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 최대화된 자기장 합성 능력으로 혈관 중재 시술에 사용되는 자기 카테터 등과 같은 자기장을 이용한 마이크로로봇의 제어 영역을 확장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술들에 따라 전류 지령이 전류 제한을 넘었을 경우의 자기장 출력을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치를 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2의 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치를 구체적이고 예시적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 종래기술 1에 따라 합성되는 자기장 실험 결과를 나타낸 도면이고,
도 5는 종래기술 2에 따라 합성되는 자기장 실험 결과를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 합성되는 자기장 실험 결과를 나타낸 도면이고,
도 7은 종래기술과 본 발명의 자기장 실험결과를 수치로 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 정격전류(i rated )가 제1 전류지령(I mcl * )의 상한 노름보다 작고 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름보다 큰 경우에 전류지령 결정부가 최종 전류지령을 결정하는 방법을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 본 발명의 주요 구성을 먼저 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치를 구체적이고 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 최소 상한 노름 전류해를 이용하여 생성한 전류지령을 복수의 코일에 인가하여 이 복수의 코일에 의해 생성되는 자기장의 합성을 제어하는 장치(1)로서, 자기장 정보 입력부(10), 구동 매트릭스 연산부(20), 룩업 테이블(30), 제1 전류지령 연산부(40), 제2 전류지령 연산부(50) 및 전류지령 결정부(60)를 포함한다.
자기장 정보 입력부(10)는 자기장 생성을 원하는 목표위치(P)에서의 자기장 정보(Bref(P))를 입력받는 구성요소이다.
구동 매트릭스 연산부(20)는 복수의 코일로부터 미리 정해진 범위에 속하는 위치들에 대한 단위 전류 자속밀도가 저장되어 있는 룩업 테이블(30)을 참조하여 목표위치에서의 복수의 코일의 단위 전류 자속밀도를 지시하는 구동 매트릭스(A(P))를 연산하는 구성요소이다.
제1 전류지령 연산부(40)는 목표위치에서의 자기장 정보와 구동 매트릭스로부터 획득되는 전류해(I * )에 최소 자승법(Least Square Method)을 적용하여 제1 전류지령(I mcl * )을 연산하는 구성요소이다.
제2 전류지령 연산부(50)는 목표위치에서의 자기장 정보와 구동 매트릭스로부터 획득되는 전류해(I * ) 중에서 상한 노름()이 최소가 되는 제2 전류지령(I inf * )을 연산하는 구성요소이다.
전류지령 결정부(60)는 코일의 정격전류(i rated ), 제1 전류지령(I mcl * )의 상한 노름() 및 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름()의 비교 결과에 따라 최종 전류지령을 결정하는 구성요소이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
수식 1을 통해 구해지는 전류의 해(I * )는 무수히 많다. 그 이유는 구하려는 전류 변수가 주어진 식보다 많기 때문이다. 최소 자승법은 무수히 많은 해 중 전류에 의한 손실을 최소화 하는 한 가지 해 일뿐이며 코일의 정격전류를 넘는 경우가 많아 방향은 유지하지만 원하는 자기장 크기를 합성하지 못할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 Cadzow 알고리즘(Cadzow’s algorithm)을 적용하여 무수히 많은 전류의 해 중에서 가 최소가 되는 해 I inf * 를 찾아내어, 정격전류 안에 들어오는 해를 찾음으로써 외부 자기장 합성 크기를 더 증가시킬 수 있다. 여기서, I * 의 상한 노름인 는 임의의 전류 해 중에서 최대값을 의미한다. 즉 은 다음 수식 6과 같이 표현될 수 있다
[수식 6]
따라서, 각 전류의 해 집합에서 최대값을 찾아내어, 그 중 최소인 집합 I inf * 이 코일에 인가될 전류 지령이다. 본 명세서에서는 I inf * 를 제2 전류지령으로 명명한다.
I inf * 를 구하는 방법은 다음과 같다.
<단계 1>
먼저 구동 매트릭스인 A행렬에서 m-1개의 선형 독립인 열을 뽑아내어 행렬 A 1 을 만든다. 그리고 행렬의 나머지 열들은 A 2 행렬로 정의한다. 여기서 m은 A행렬의 행 개수이다.
<단계 2>
그 다음 A 1 행렬의 전치의 영벡터 를 다음 수식 7을 통해 구한다.
[수식 7]
<단계 3>
영벡터 로부터 A 1 행렬의 선형 독립 열 벡터들에 수직인 벡터를 다음 수식 8과 같이 구한다.
[수식 8]
<단계 4>
를 구한다.
<단계 5>
앞에서 구한 A 1 과 A 2 그리고 를 통해 전류 지령 을 다음 수식 9, 10과 같이 구한다.
[수식 9]
[수식 10]
<단계 6>
단계 5에서 구한 전류 지령 I *와 벡터 의 일치성을 다음과 같이 확인한다. 만약 일치할 경우 단계 5에서 구한 I *는 가 최소가 되는 해 I inf * 이다.
만약 를 만족하면, I *와 벡터는 일치하므로, 단계 5에서 구한 전류 지령 는 가 최소가 되는 해 이다.
만약 이면, 와 벡터는 일치하지 않으므로, 다음 단계로 넘어간다.
<단계 7>
를 만족하는 p를 찾는다. p는 A 1 행렬의 p번째 열 벡터와 A 2 행렬의 q번째 열 벡터를 교환하는데 쓰인다.
<단계 8>
A 1 의 p번째 열 벡터와 교환할 A 2 의 q번째 열 벡터를 선택하기 위해, 먼저 다음과 같이 를 다음 수식 11을 통해 구한다.
[수식 11]
여기서 는 다음 수식 12와 같이 정의된다.
[수식 12]
<단계 9>
다음 수식 13과 같이 를 구하고 그중 가 가장 크게 되는 q번째 열 벡터를 찾는다.
[수식 13]
<단계 10>
A 1 행렬의 p번째 열 벡터와 A 2 의 q번째 열 벡터를 교환하여 새로운 과 를 생성한다.
<단계 11>
새로운 행렬 의 선형 독립 열 벡터들에 수직인 새로운 벡터를 다음 수식 14를 통해 같이 구하고 단계 4로 돌아가 다시 일치성을 확인한다.
[수식 14]
이하에서는, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명과 종래 기술의 성능에 대한 비교 실험 결과를 설명한다.
도 4는 종래기술 1에 따라 합성되는 자기장 실험 결과를 나타낸 도면이고, 도 5는 종래기술 2에 따라 합성되는 자기장 실험 결과를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 합성되는 자기장 실험 결과를 나타낸 도면이고, 도 7은 종래기술과 본 발명의 자기장 실험결과를 수치로 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 7은 외부 자기장 지령(Bref)이 위치 좌표 P=(0, 0, 0)에 (23mT, 30°, 0°)로 인가될 때, 종래 기술과 본 발명을 적용하여 비교한 결과이며, 도 4 내지 도 7을 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 지령 값에 가장 근사하게 출력되었음을 알 수 있다. 이 결과는 본 발명이 합성 가능한 외부 자기장 크기를 증가시킨다는 것을 보여주고 있다.
한편, 본 발명의 전류 지령 I inf * 는 종래 기술의 최소 동 손실 전류 지령 보I mcl * 다 손실이 크다. 그러므로 효율을 높이기 위해서 두 전류 지령을 같이 계산하고 정격 전류와 비교하여 상황에 맞게 개별로 적용하거나 같이 적용할 수 있다.
즉, 전류지령 결정부(60)는 복수의 코일의 정격전류(i rated ), 제1 전류지령(I mcl * )의 상한 노름() 및 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름()의 비교 결과에 따라 최종 전류지령을 결정한다.
이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
1) I mcl * 을 적용하는 경우
전류지령 결정부(60)는 정격전류(i rated )가 제1 전류지령(I mcl * )의 상한 노름보다 큰 경우, 제1 전류지령(I mcl * )을 최종 전류지령으로 결정한다.
즉, 만약 정격 전류 i rated 가 보다 큰 경우, 전류 지령은 다음 수식 15와 같다.
[수식 15]
2) I inf * 와 I mcl * 을 같이 적용하는 경우
전류지령 결정부(60)는 정격전류(i rated )가 제1 전류지령(I mcl * )의 상한 노름보다 작고 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름보다 큰 경우, 즉, 인 경우, 하기 수식 16에 따라 최종 전류지령을 결정한다.
[수식 16]
이를 도식적으로 표현하면 도 8과 같다.
I mcl * 은 정격전류(i rated )보다 크고, I inf * 은 정격전류보다 작으므로, I inf * 에 를 인가하여 정격 전류에 도달하는 q를 구한다.
수식 16에서 I diff * 는 I mcl * 과 의I inf * 차이며, 다음 수식 17과 같이 정의된다.
[수식 17]
수식 16의 q는 하기 수식 18, 수식 19에 의해 결정될 수 있다.
q는 의 전류 성분 와 i rated 의 대소 관계에 의해서 결정되며, q는 다음 수식 18과 같이 표현될 수 있다. 여기서 k의 범위는 1부터 전류 성분의 개수 또는 코일의 개수까지이다.
[수식 18]
수식 18을 통해 모든 를 구한 다음, 그 중 최소가 q이다. 이는 아래 수식 19로 표현된다.
[수식 19]
3) I inf * 을 적용하는 경우
전류지령 결정부(60)는 정격전류(i rated )가 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름보다 작은 경우, 즉, i rated < 인 경우, 하기 수식 20에 따라 최종 전류지령을 결정한다.
[수식 20]
수식 20을 참조하면, 합성되는 자기장의 방향을 유지하기 위해 I inf * 에 비율만큼 곱해 주었다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 코일의 정격 전류 제한과 같은 전류 제한 상황에서 합성 가능한 자기장의 크기를 최대화할 수 있는 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 최대화된 자기장 합성 능력으로 혈관 중재 시술에 사용되는 자기 카테터 등과 같은 자기장을 이용한 마이크로로봇의 제어 영역을 확장할 수 있는 효과가 있다.
1: 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치
10: 자기장 정보 입력부
20: 구동 매트릭스 연산부
30: 룩업 테이블
40: 제1 전류지령 연산부
50: 제2 전류지령 연산부
60: 전류지령 결정부

Claims (5)

  1. 최소 상한 노름 전류해를 이용하여 생성한 전류지령을 복수의 코일에 인가하여 상기 복수의 코일에 의해 생성되는 자기장의 합성을 제어하는 장치로서,
    목표위치(P)에서의 자기장 정보(Bref(P))를 입력받는 자기장 정보 입력부;
    상기 복수의 코일로부터 미리 정해진 범위에 속하는 위치들에 대한 단위 전류 자속밀도가 저장되어 있는 룩업 테이블을 참조하여 상기 목표위치에서의 상기 복수의 코일의 단위 전류 자속밀도를 지시하는 구동 매트릭스(A(P))를 연산하는 구동 매트릭스 연산부;
    상기 목표위치에서의 자기장 정보와 구동 매트릭스로부터 획득되는 전류해(I* )에 최소 자승법(Least Square Method)을 적용하여 제1 전류지령(Imcl * )을 연산하는 제1 전류지령 연산부;
    상기 목표위치에서의 자기장 정보와 구동 매트릭스로부터 획득되는 전류해(I* ) 중에서 상한 노름()이 최소가 되는 제2 전류지령(Iinf * )을 연산하는 제2 전류지령 연산부;
    상기 복수의 코일의 정격전류(irated ), 상기 제1 전류지령(Imcl * )의 상한 노름() 및 상기 제2 전류지령(Iinf * )의 상한 노름()의 비교 결과에 따라 최종 전류지령을 결정하는 전류지령 결정부를 포함하고,
    상기 전류지령 결정부는,
    상기 정격전류(irated )가 상기 제1 전류지령(Imcl * )의 상한 노름보다 큰 경우,
    상기 제1 전류지령(Imcl * )을 상기 최종 전류지령으로 결정하는, 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류지령 결정부는,
    상기 정격전류(i rated )가 상기 제1 전류지령(I mcl * )의 상한 노름보다 작고 상기 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름보다 큰 경우,
    하기 수식 16, 수식 17에 따라 상기 최종 전류지령을 결정하는 것을 특징으로 하는, 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치.
    [수식 16]

    [수식 17]
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수식 16의 q는 하기 수식 18, 수식 19에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치.
    [수식 18]

    [수식 19]
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전류지령 결정부는,
    상기 정격전류(i rated )가 상기 제2 전류지령(I inf * )의 상한 노름보다 작은 경우,
    하기 수식 20에 따라 상기 최종 전류지령을 결정하는 것을 특징으로 하는, 최소 상한 노름 전류해를 이용한 자기장 합성 제어장치.
    [수식 20]

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