KR20040108277A - 캡슐형 로봇 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캡슐형 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체의 소화기에 삽입되는 캡슐형 로봇 시스템에 관한 것으로서, 인체의 내장을 진단 및/또는 치료하기 위한 캡슐형 로봇 시스템에 있어서, 치료 및/또는 진단 도구가 탑재되는 본체와; 상기 본체에 설치되어 인체의 외부에서의 자기장의 변화에 의하여 상기 본체의 이동을 제어하는 외력반응부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

캡슐형 로봇 시스템{CAPSULE TYPE ROBOT SYSTEM}
본 발명은 캡슐형 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체의 소화기에 삽입되는 캡슐형 로봇 시스템에 관한 것이다.
내시경은 주로 인체 내의 장기(臟器)의 병변을 수술 없이 검사 또는 치료하는 경우에 사용된다. 그러나, 대장 내시경 진료를 받을 경우 고통과 불쾌감이 크기 때문에 환자들로부터 환영받지 못했다. 이는 대장이 매우 깊은 각도로 구부러져 있기 때문에 대장 내시경 시술 시 환자가 받는 고통과 병변 판단율이 의사의 경험과 숙련도에 크게 좌우되기 때문이다.
최근에는 대장 내시경 시술의 이런 문제를 개선하기 위해서 가상 내시경 (Virtual Colonoscopy) 또는 유전자 검사법 등이 등장하기도 했다. 그러나 이것은 의사가 환부를 직접적으로 보고 처치하거나 생검 (生檢;Biopsy)등을 할 수 없기 때문에 간접적인 방법으로 평가된다. 또한, 삼킬 수 있는 캡슐을 개발하여 소장의 영상정보를 외부로 전송시킴으로써 그 동안 전통적인 내시경으로는 볼 수 없던 소장 부위를 진단하게 함으로써 의료적 진단의 범위를 넓히고자 했다.
이러한 종래의 마이크로 캡슐형 내시경은 내부에 장착된 카메라 시스템에서 얻은 정보를 무선 송신 모듈을 이용하여 외부에 보냄으로써 이전까지는 검사가 어려웠던 소장 영역까지 검사 영역을 확장할 수 있었다.
그러나, 이러한 무선 카메라 시스템을 장착한 마이크로 캡슐의 장기(臟器)내 이동은 장기(臟器)의 자연스러운 연동 운동에만 의존하기 때문에 의사가 특정한 위치를 자세히 관찰하고자 할 경우에도 이를 위해 마이크로 캡슐을 정지시킬 수 없으며, 이미 지나친 장소의 상세한 검사 등은 불가능한 문제점이 있다. 또한 위나 대장 같이 그 직경이 소장에 비하여 상대적으로 큰 부분에서는 양호한 영상정보를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
이는 장기(臟器) 검사용 마이크로 캡슐에 영상정보 전송 시스템은 장착이 되어 있지만, 이동 및 정지하기 위한 기능을 포함되어 있지 않았기 때문이다.
본 발명의 목적은 상기와 문제점들을 해결하기 위하여, 인체의 장기 내에 투입되어 요구되는 위치로 이동 및 정지가 가능한 캡슐형 로봇 시스템을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 캡슐형 로봇의 사시도이다.
도 2은 도 1의 본체의 구성을 보여주는 구성도이다.
도 3는 도 1의 본체의 변형례를 보여주는 구성도이다.
도 4a는 도 1의 캡슐형 로봇의 외력반응부의 단면을 보여주는 단면도이다.
도 4b의 도 1의 캡슐형 로봇의 외력반응부의 변형예의 단면도이다.
도 5는 도 1의 캡슐형 로봇의 구성을 보여주는 개념도이다.
도 6a, 6b, 6c 및 6d는 도 1의 캡슐형 로봇의 이동 및 자세의 제어를 보여주는 개념도들이다.
도 7a, 7b 및 7c는 링부재의 자극이 본체의 길이방햐으로 배치된 경우의 도 1의 캡슐형 로봇의 이동 및 자세의 제어를 보여주는 개념도들이다.
***** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *****
100 : 본체 200 : 외력반응부
210 : 링부재 400 : 외부자기장치
410 : 자기장변화부 310 : 카메라장치
320 : 조명장치 330 : 송수신장치
340 : 전원 350 : pH측정장치
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에 따른 캡슐형 로봇 시스템은 인체의 소화기를 진단 및/또는 치료하기 위한 캡슐형 로봇 시스템에 있어서, 치료 및/또는 진단 도구가 탑재되는 본체와; 상기 본체에 설치되어 인체의 외부에서의 자기장의 변화에 의하여 상기 본체의 이동을 제어하는 외력반응부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 캡슐형 로봇 시스템의 구성에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 캡슐형 로봇의 사시도이다.
본 발명에 따른 캡슐형 로봇 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 인체의 소화기를 진단 및/또는 치료하기 위한 캡슐형 로봇 시스템에 있어서, 치료 및/또는 진단 도구가 탑재되는 본체(100)와; 상기 본체(100)에 설치되어 인체의 외부에서의 자기장의 변화에 의하여 상기 본체의 이동을 제어하는 외력반응부(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 2은 도 1의 본체의 구성을 보여주는 구성도이고, 도 3는 도 1의 본체의 변형례를 보여주는 구성도이다.
상기 본체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전면부(110)와 후면부(120) 및 상기 전면부(110)와 후면부(120)를 연결하는 원통부(130)로 이루어진다. 그리고 상기 전면부(110)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 카메라장치(310)와, 상기 카메라장치(310)가 촬영하기 위하여 빛을 조사하는 조명장치(320)가 설치되며, 상기 원통부(130)의 내부공간(S)에는 인체의 외부의 외부장치(미도시)와 정보를 송수신하기 위한 송수신장치(330) 및 상기 장치들에 전원을 공급하기 위한 전원(340)이 설치된다.
한편, 상기 원통부(130)의 내부에는 도 3에 도시된 바와 같이, 인체의 소화기 내의 pH를 측정하기 위한 pH측정장치(350), 온도, 압력 등 생체특성 검출장치(미도시) 또는 기타 측정기기나 치료도구 등이 설치될 수도 있다.
상기 원통부(130)의 외부면에는 상기 외력반응부(200)가 설치되는데, 도 1과 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 자성부재, 즉 영구자석 또는 자력발생장치로 이루어진 링부재(210)가 상기 원통부(130)의 외주면(131)에 링 형상을 이루며 설치된다.
상기 링부재(210)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 본체(100)의 길이 방향으로 하나 이상이 설치될 수 있으며, 이때 다수개로 구성된 경우, 상기 외력반응부(200)는 본체(100)의 위치뿐만 아니라 자세까지 제어가 가능하게 된다.
또한 상기 링부재(210)는 자극이 하나 이상의 쌍으로 구성되도록 하나 이상의 자성부재로 구성된다. 또한 상기 링부재(210)의 자극은 상기 원통부(130)의 원주방향을 따라서 배치될 수 있으나, 상기 원통부(130)의 길이방향을 따라서 배치될 수 있다.
그리고 상기 자성부재들(210)은 인체에 대한 영향을 줄이기 위하여 인체에 적합한 물질로 구성된 폴리머로 코팅하는 것이 바람직하다.
한편 본 발명에 따른 캡슐형 로봇 시스템은 도 5에 도시된 바와 같이, 인체의 외부에서 자기장을 변화시키기 위하여 상하로 배치된 한 쌍의 자기장변화부(410)를 가지는 외부자기장치(400)를 추가로 포함하여 구성된다.
상기 자기장변화부(410)는 상기 외력반응부(200)가 본체(100)의 이동 및 정지를 제어할 수 있도록 자기장을 변화시키는 기능을 수행하며, 자기장을 변화시키는 방법으로서 일정한 수의 자유도를 가진다.
본 발명의 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 자기장변화부(410)는 x축과 y축을 중심으로 하는 회전 가능한 2개의 회전자유도와, x축,y축 및 z축 방향으로 선형이동이 가능한 3개의 선형이동 자유도, 총 5개의 자유도를 가진다. 또한 상기 자기장변화부(410)는 z축 방향의 회전을 포함하여 6개의 자유도를 가질수 있다.
그리고 상기 자기장변화부(410)는 회전이동 또는 선형이동시 상부와 하부에 위치한 자기장변화부(410)들이 쌍을 이루어 이동하도록 구성되거나 각각 독립적으로 이동하도록 구성될 수 있다.
또한 상기 자기장변화부(410)는 영구자석으로 구성될 수 있으나, 자기장의 강도 등 미세한 조정이 가능하도록 코일에 의한 자력발생장치로 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 캡슐형 로봇 시스템의 작동에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 캡슐형 로봇은 입을 통하여 삼키는 등 인체에 투입되면, 장기의 연동운동 등에 의하여 자연스럽게 인체의 소화기관을 통하여 이동하게 된다. 그리고 캡슐형 로봇 시스템의 이동 상황은 상기 로봇 내에 설치된 카메라장치(310)에 의하여 촬영된 이미지가 무선 송수신장치(330)를 통하여 외부로 무선 송수신되어 외부장치(미도시)의 모니터 등을 통하여 로봇의 위치가 확인된다.
그리고 로봇이 검진 또는 치료가 요구되는 위치에 이르게 되면 상기 외력반응부(200) 및 외부자기장치(400)에 의하여 그 위치 및 자세가 제어된다.
즉, 상기 외부자기장치(400)에 의하여 형성되는 자기장을 변화시키면서 상기 로봇을 이동, 정지 및 자세를 변화시키면서 원하는 부위에 대하여 영상정보를 획득하거나 진단에 필요한 시료를 취하거나, 특정 부위에서의 pH 등을 측정하게 된다.
상기와 같은 로봇 시스템의 이동 및 자세의 제어에 관하여는 도 6에 도시하였다. 도 6a는 x축 방향 선형이동을, 도 6b는 z축 방향의 선형이동을, 도 6c는 z축을 중심으로 하는 회전이동을, 도 6d는 x축을 중심으로 하는 회전이동을 나타낸다. 그리고 상기 각각의 이동을 조합함으로써 보다 효율적인 로봇의 위치 및 자세 제어가 가능해진다.
또한 상기 링부재(210)의 자극이 본체의 길이방향으로 배치된 경우, 도 7a 내지 7c에 도시된 바와 같이, 선형운동 및 회전 운동에 의하여 로봇의 위치 및 자세가 제어된다.
또한 로봇의 위치를 추적하기 위한 방법으로서 위성항법장치(GPS; global positioning system) 및 3각법 등의 원리을 이용하여 3차원 형태의 로봇 시스템의 위치에 대하여 피드백을 통하여 정확한 위치를 추적할 수 있다.
본 발명에 따른 캡슐형 로봇 시스템은 능동적으로 이동 및 정지 기능 없이 장기의 연동운동에만 의존하여 인체의 장기 내에서 이동하는 종래의 캡슐형 로봇 시스템에 비하여, 능동적으로 이동 및 정지에 의하여 진단 또는 치료가 필요한 부위에 대하여 영상정보, pH 등의 주변 상태정보 등 정확하게 얻을 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 캡슐형 로봇 시스템은 이동 및 정지를 위한 구동장치를 별도로 본체에 구비할 필요가 없으므로 구동장치를 탑재하기 위한 별도의 공간을 필요치 않으므로 보다 작게 설계할 수 있으며, 에너지 소비 없이 능동적을 인체의 장기 내에서 이동 및 정지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (11)

  1. 인체의 소화기를 진단 및/또는 치료하기 위한 캡슐형 로봇 시스템에 있어서,
    치료 및/또는 진단 도구가 탑재되는 본체와;
    상기 본체에 설치되어 인체의 외부에서의 자기장의 변화에 의하여 상기 본체의 이동을 제어하는 외력반응부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐슐형 로봇 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 본체는 전면부와 후면부 및 상기 전면부와 후면부를 연결하는 원통부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캡슐형 로봇 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 외력반응부는 상기 본체의 원통부의 외주면을 둘러싸는 링부재로 이루는 것을 특징으로 하는 캡슐형 로봇 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 링부재는 영구자석인 것을 특징으로 하는 캡슐형 로봇 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 링부재는 원주방향을 따라서 배치되는 하나 이상의 영구자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 캡슐형 로봇 시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 링부재는 원주방향을 따라서 배치되는 하나 이상의 자력발생장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 캡슐형 로봇 시스템.
  7. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 외력반응부는 상기 본체의 외주면에 다수개의 링부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캡슐형 로봇 시스템.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 전면부에는 카메라장치와, 상기 카메라장치가 촬영하기 위하여 빛을 조사하는 조명장치와, 인체 외부의 외부장치와 정보를 송수신하기 위한 송수신장치 및 상기 장치들에 전원을 공급하기 위한 전원이 설치되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 로봇 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 원통부의 내부에는 pH, 온도, 압력 등 생체특성 검출장치가 장착된 것을 특징으로 하는 캡슐형 로봇 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    인체의 외부에서 자기장을 변화시키기 위하여 상하로 배치된 한 쌍의 자기장변화부를 가지는 외부자기장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 로봇 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 자기장 변화부는 5자유도를 가지는 것을 특징으로 하는 캡슐형 로봇 시스템.
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