KR20100073485A - 마이크로로봇의 이동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체내 유기체관을 이동하는 마이크로로봇의 이동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나선형 이동방식으로 전진하는 동시에 회전운동을 직선운동으로 전환하면서 발생하는 부가적인 추진력을 이용하여 비침습적으로 이동하는 마이크로로봇의 이동장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 선단부에 마이크로모터가 삽입설치되고, 상기 모터장착부 아래로 가이드홈이 길이방향으로 형성된 리니어가이드가 형성되는 본체; 상기 마이크로모터의 모터축이 삽입고정되는 회전커플러; 상기 회전커플러가 내측에 삽입설치되는 로테이션자석; 상기 가이드홈에 끼워지는 가이드레일이 내벽면에 형성되는 선형커플러; 상기 선형커플러가 내측에 삽입설치되며, 상기 로테이션자석의 회전운동에 의해 인력 및 척력이 발생하여 마이크로모터의 회전주기와 동일한 선형왕복운동주기를 갖는 리니어자석; 상기 리니어가이드의 끝단에 고정되어 리니어자석의 이동거리를 제한하는 리미터; 하나 이상의 나선형 리브를 형성하여 상기 로테이션자석에 외접하여 설치되는 나선필름;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로로봇의 이동장치를 제공한다.

마이크로모터, 유기체관, 커베쳐, curvature, 자석

Description

마이크로로봇의 이동장치{Device for moving of microrobot}

본 발명은 인체내 유기체관을 이동하는 마이크로로봇의 이동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나선형 이동방식으로 전진하는 동시에 회전운동을 직선운동으로 전환하면서 발생하는 부가적인 추진력을 이용하여 비침습적으로 이동하는 마이크로로봇의 이동장치에 관한 것이다.

인체내 유기체관(organic tube)을 이동하는 마이크로로봇의 이동장치는 장기의 진단이나 치료같은 실용적 분야에 활용될 수 있으므로 활발한 연구가 진행되고 있다. 혈관 내를 이동할 수 있는 밀리미터 이하 수준의 로봇뿐 아니라, 위장관을 이동하는 10mm내외의 내시경로봇에 이르기까지 다양한 형태의 마이크로로봇이 제시되고 있다.

특히 캡슐내시경은 자율주행기능을 부가할 경우 실시간 진단도구로 전환이 가능해 다양한 방식의 이동기제가 제시되고 있다. 장벽을 붙잡고 선형구동시킴으로써 로봇을 전진시키는 수동적인 클램핑장치가 가장 일반적이며, SMA 2개를 이용하 는 선형구동기로 마이크로 훅이 달린 클램퍼를 왕복운동시켜 전진하는 방안과, 노젓기 원리를 모사하여 수동적인 방사형 다리로 장벽을 밀고 전진하는 방안 등이 제시되었다.

또한 대장내시경의 이동기제로 2-3개의 클램프가 팽창하여 순차적으로 장벽을 붙잡고 전진하는 장치가 제시된바 있다.

이외에도 전기자극으로 장의 연동운동을 촉진한다거나 생체모방형 다리를 접이식으로 왕복운동시킴으로써 이동하는 장치 등이 제시되었다.

이러한 체내이동로봇의 개발은 인체 내를 이동한다는 관점에서 매우 획기적인 전환점이 될 수 있으나, 의학적으로 환자 등 대상자에게 잠재적인 위험을 유발할 가능성이 있는 경우 상용화가 불가능하므로, 적용기관에 관계없이 안정성과 비침습성을 갖춰야 한다.

그러나, 기존에 제시된 마이크로로봇의 이동장치는 대부분 유기체관을 직접 자극하는 방식의 날카로운 스파이크나 다리 등의 클램핑장치를 사용하므로 유기체관에 상처를 입힐 수 있는 문제가 있다.

이를 해결하기 위하여 기존에 나선구조의 회전을 통해 이동하는 장치가 제시되었으나, 이는 점액과 나선구조와의 상호작용에 의한 추진력을 이용하기 때문에 마이크로로봇의 이동력으로 충분하지 못한 문제가 있다.

자체적으로 높은 추진력을 얻기 위해서는 유기체관의 충분한 인장력을 가정하거나 회전수를 증가시켜야 하는데, 인장력은 주변환경에 따라 지속적으로 변화하며 회전속도는 관을 꼬이게 하는 등의 부작용을 초래할 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 나선운동으로 전진하는 로테이션자석과 회전운동을 선형왕복운동으로 변환하여 전진하는 리니어자석을 이용하여 유기체관을 이동하되, 이동방향에 따라 항력이 다른 나선필름을 이용하여 클램핑 기능을 구현하는 마이크로로봇의 이동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 선단부에 마이크로모터가 삽입설치되고, 상기 모터장착부 아래로 가이드홈이 길이방향으로 형성된 리니어가이드가 형성되는 본체; 상기 마이크로모터의 모터축이 삽입고정되는 회전커플러; 상기 회전커플러가 내측에 삽입설치되는 로테이션자석; 상기 가이드홈에 끼워지는 가이드레일이 내벽면에 형성되는 선형커플러; 상기 선형커플러가 내측에 삽입설치되며, 상기 로테이션자석의 회전운동에 의해 인력 및 척력이 발생하여 마이크로모터의 회전주기와 동일한 선형왕복운동주기를 갖는 리니어자석; 상기 리니어가이드의 끝단에 고정되어 리니어자석의 이동거리를 제한하는 리미터; 하나 이상의 나선형 리브를 형성하여 상기 로테이션자석에 외접하여 설치되는 나선필름;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로로봇의 이동장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 나선형 리브는 로테이션자석의 전진방향으로는 작은 커베쳐(curvature)로 형성되고 후진방향으로는 큰 커베쳐로 형성되어 이동방향에 따른 마찰정도가 다르게 형성되는 것을 특징으로 하며,

더욱 바람직하게, 상기 리니어자석의 선형왕복운동을 지속하기 위하여, 상기 리니어가이드는 상기 리니어자석과 로테이션자석 간에 인력으로 리니어자석과 로테이션자석의 접촉을 보장하는 최대거리 이하의 길이로 형성되는 것을 특징으로 하며,

더욱 바람직하게, 상기 로테이션자석에 외접된 나선필름의 나선형 리브의 커베쳐(curvature)에 대칭되는 나선형 리브가 형성된 별도의 나선필름이 상기 리미터에 외접하여 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 마이크로모터와 리니어가이드 사이에 상기 리니어자석의 선형왕복운동으로 인한 충격을 완화하는 안전판이 더 구성되는 것을 특징으로 하며,

또한, 상기 나선필름의 재질은 고무인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 마이크로로봇의 이동장치는 나선형 이동방식을 기본으로 하여 전진하는 동시에 회전운동을 직선운동으로 전환하여 부가적인 추진력을 발생하고, 커베쳐(curvature)를 이동방향에 따라 형성한 나선형 리브를 통해 비침습적인 클램핑 기능을 구현함으로써 유기체관 내 획기적인 자율이동이 가능하다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 실시 예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

본 발명은 모터축에 결합되어 회전운동하는 로테이션자석(200)을 기본으로 나선이동하면서, 선형왕복운동만 하도록 자유도가 제한된 리니어자석(300)을 이용하여 로테이션자석(200)의 회전운동을 선형운동으로 변환하여 부가적인 추진력을 발생하고, 방향에 따른 항력계수가 다른 나선구조의 필름(220)을 이용하여 비침습적 클램핑기능을 구현함으로써 유기체관에서의 자율이동이 가능한 마이크로로봇의 이동장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로로봇의 이동장치를 도시한 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 마이크로로봇의 이동장치를 도시한 결합사시도이다.

본 발명에 따라 바람직하게 구현된 마이크로로봇의 이동장치는 크게 저전력 마이크로모터(140)를 이용하여 회전운동하는 원통형의 로테이션자석(200)과, 상기 로테이션자석(200)의 회전운동을 통해 선형운동하는 원통형의 리니어자석(300)과, 하나 이상의 나선형 리브(221)를 구비하여 상기 로테이션자석(200)에 외접하는 나 선필름(220)과, 상기 리니어자석(300)의 이동자유도를 제한하는 리니어가이드(110)를 일체로 하는 본체(100)를 포함하여 구성된다.

상기 리니어가이드(110)는 리니어자석(300)이 선형왕복운동만 하도록 자유도를 제한하기 위하여 원통형 본체의 길이방향으로 가이드홈(111)을 형성하여 마련되고, 리니어가이드(110)와 일체로 연결되는 상기 본체(100)의 선단부에는 로테이션자석(200)의 회전운동을 위한 구동력을 공급하는 마이크로모터(140)가 내측으로 삽설되는 모터장착부(120)가 마련된다.

그리고, 상기 리니어자석(300)의 선형운동으로 인한 충격으로부터 마이크로모터(140)를 보호하기 위하여 상기 마이크로모터(140)의 하단과 리니어가이드(110) 사이에 안전판(130)을 구성한다.

상기 로테이션자석(200)을 마이크로모터(140)의 모터축(141)에 결합하기 위하여 구성되는 회전커플러(210)는, 상단부 내측에 상기 모터축(141)이 삽입고정되는 고정홀(211)을 형성하고 하단부에는 상기 모터장착부(120)가 삽입되는 삽입홀(213)을 형성하여, 상기 로테이션자석(200) 내에 부착고정된다.

상기 리니어자석(300)의 내측에 삽입고정되는 선형커플러(310)는 리니어가이드(110)의 가이드홈(111)을 따라 직선운동하는 것으로, 이를 위해 상기 가이드홈(111)에 끼워지는 가이드레일(311)이 내벽면에 형성된다.

그리고, 선형왕복운동하는 리니어자석(300)이 상기 리니어가이드(110)에서 이탈되는 것을 방지하는 리미터(320)가 구성된다.

여기서, 상기 리미터(320)와 회전커플러(210)는 유기체관 내 이동을 위해 상 단부가 반구형으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 로테이션자석과 리니어자석의 거동분석을 위한 단순화모델을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 이동장치의 동작상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 로테이션자석(200)과 리니어자석(300)은 N극과 S극으로 구성된 원통형 영구자석으로 형성되는데, 힘이 작용하는 축방향으로의 자기력을 최대화하기 위해 단면 2극 자석이나 도 3과 같이 양면 4극 자석으로 구성한다.

도 3의 (a)와 같은 원통형 자석은 도 3의 (b)와 같이 수개의 봉형 자석으로 단순화시킬 수 있으며, 상부의 회전운동하는 봉형자석과 하부의 직선이동하는 봉형자석들 사이에서 발생하는 자속에 의해 자기력이 발생한다. 자석간의 힘 고려시 도 3의 (c)와 같이 가장 가까운 두 개의 자석간의 힘만을 반영한다면, 인력을 발생시키는 자석들의 비율과 척력을 발생시키는 자석들의 비율은 주기적으로 변화한다. 이러한 방향/가중치 인자를 c(t)라고 설정하고 모터회전주기를 T라고 가정할 때 시간변수에 대한 방향/가중치 인자함수는 아래 수학식 1과 같이 나타낸다. 도 4의 (a)는 주기 T=1일 때, 회전에 따른 방향/가중치 요소의 변화를 나타낸다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로모터(140)의 회전에 의해 로테이 션자석(200)이 회전운동하여 리니어자석(300)과 동일한 극이 마주할 때 척력이 작용하여 전진이동하게 되고, 타극이 접근하여 인력이 발생하게 되면 후진이동하게 된다. 이때 후술되는 나선필름(220)의 나선형 리브(221)에 의한 방향적 마찰에 의해 로테이션자석(200)의 전진이동과 후진이동이 달라지게 된다.

결국, 상기 리니어자석(300)의 선형왕복운동주기는 마이크로모터(140)의 회전주기와 일치하게 되고, 로테이션자석(200)의 단방향 회전운동이 리니어자석(300)의 선형왕복운동으로 전환되어 부가적인 추진력을 발생할 수 있게 된다.

이러한 선형왕복운동이 지속되기 위해서는 로테이션자석(200)과 리니어자석(300) 간에 인력이 작용하는 동안 리니어자석(300)이 리니어가이드(110) 상에 초기위치로 이동하여 다음 주기를 연속적으로 수행함을 보장하는 최대거리로서 리니어자석(300)의 스트로크에 대한 제한이 필요하며, 이에 따라 상기 리니어가이드(110)의 길이를 적정하게 설정한다.

만약 리니어자석(300)의 스트로크를 제한하지 않는다면 도 4의 (d)~(e)과정에서 작용한 척력으로 멀어진 리니어자석(300)이 인력이 작용하여도 초기위치로 끌려오지 않을 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 나선필름의 나선형 리브에 의한 이동방향에 따른 마찰정도를 개념적으로 도시한 도면이고, 도 6은 커베쳐(curvature) 분석을 위한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 로테이션자석(200)에 외접하여 설치되는 나선필름(220)의 나선형 리브(221)는 로테이션자석(200)의 전진방향으로는 작은 커베 쳐(curvature)로 형성되고 후진방향으로는 큰 커베쳐로 형성되어 이동방향에 따른 마찰정도가 다르게 된다.

즉, 상기 리니어자석(300)이 로테이션자석(200)과의 척력에 의해 전진하는 경우 점진적으로 증가하는 나선형 리브(221)의 라이징 에지(rising edge)에 의해 항력이 증가하지 않는 반면, 인력에 의해 후진하는 경우 급격하게 감소하는 나선형 리브(221)의 폴링 에지(falling edge)가 유기체관 내 점액에 대해 상대적으로 큰 항력을 발생시키게 된다. 이에 따라 로테이션자석(200)의 이동방향에 따른 항력의 차이가 발생하여 점액층에 대하여 클램핑 기능을 함으로써 본 발명에 따른 이동장치가 부가적인 추진력에 의해 획기적으로 전진하게 된다.

또한, 상기 나선필름(220)은 체내에서의 안정성과 편의성을 위하여 연성을 갖는 고무재질로 마련하며, 예를 들어 아래 표 1과 같이 설계할 수 있다.

유기체관 내에서 마이크로로봇의 활동은 외부에서 공급되는 힘을 이용하지 않는 이상 내부에 이동을 위한 기준점이 없기 때문에 상대적인 운동을 하게 된다.

따라서 상기 로테이션자석(200)이 본체(100)를 기준으로 회전할지라도 나선필름(330)에 큰 항력이 작용하게 되면 로테이션자석(200)은 정지상태가 되고 상기 본체(100)가 회전하는 문제가 발생할 수 있다.

특히 유기체관이 원주방향으로의 인장력(혹은 조이는 힘)이 작용하거나 유기체관 막이 매우 얇은 경우 상기 로테이션자석(200)은 정지하고 본체(100)만 회전할 우려가 있다.

따라서, 상기 리미터(320)에도 나선필름(330)을 외접하게 설치하되, 로테이션자석(200)에 설치된 나선필름(220)의 나선형 리브(221)와 대칭되는 방향의 나선형 리브(331)가 형성된 별도의 나선필름(330)을 장착하여, 로테이션자석(200)의 회전시 본체(100)의 회전을 방지한다.

본 발명에 따른 마이크로로봇의 이동장치는 한 방향 이동만 가능하므로 먹어서 삼키는 내시경로봇 등에 적용하는 경우 문제가 없으나, 대장에 직접 삽입하고 회수하는 마이크로로봇에 적용하는 경우 전진뿐 아니라 후진이 가능한 양방향 이동성이 요구된다.

따라서, 본 발명에 따른 이동장치 2개를 실 등의 연결수단을 이용하여 서로 맞은편을 향하도록 전후로 배치구성하여, 전진시에는 전방 이동장치를 구동하고 후진시에는 후방 이동장치를 구동하여 양방향 이동이 가능하도록 구성할 수 있다.

실험예 1

도 7은 본 발명에 따른 나선필름을 이용함에 따라 이동방향에 따른 마찰이 다르게 나타나는지 확인하는 실험장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

마찰력 측정은 기존에 제시된 방법으로 진행하였으며, 이를 위하여 먼저 이송계(13) 위에 절개되지 않은 소장(11)을 올려놓고, 소장(11)의 양측 끝을 클램프(12)로 고정시킨다. 나선필름만이 장착된 시험편(10)을 도 7과 같이 소장(11) 속에 삽입하고, 시험편(10)의 뒤쪽에 실(14)을 장착하고 실(14)의 다른 끝을 스트레인게이지(15)가 부착된 칸틸레버(16)에 연결한다.

이송계(13)를 2㎜/sec의 속도로 이동시키면 소장(11)도 이송계(13)에 따라 이동하며, 소장(11)과 시험편(10) 사이에서 발생하는 마찰력에 의해 칸틸레버(16)가 굽히게 된다.

스트레인게이지(15)의 저항이 변화되면, 휘트스톤브리지를 통해 마찰력이 전압의 형태로 출력되며 마찰력이 측정되고, 나선구조 필름은 대칭형으로 2개를 장착하였으며, 시험편 양단의 필렛은 동일하게 설정하였다. 유기체관은 돼지소장을 사용하였으며, 장액 내 수분의 증발로 인하여 점도가 변화하는 것을 막기 위해 유사한 특성을 나타내는 실리콘오일을 장내에 코팅하였다. 실험은 나선필름을 회전시킨 경우와 정지시킨 경우에 대해서, 마찰력이 적을 것으로 예상되는 정방향과, 클 것으로 예상되는 역방향으로 움직였을 때의 경우를 총 4가지로 나누어 마찰력을 측정하였다. 측정된 데이터(샘플링주기 1ms)는 매우 노이즈가 크므로 100개를 mav하는 형태로 필터링하였다.

도 8은 도 7의 실험에 따른 이동방향과 회전에 따른 마찰력 측정치를 나타낸 그래프이다.

도 8의 (a)는 모터가 회전하지 않았을 경우 이동장치의 이동방향에 따른 마찰력의 차이를 보여주는 그래프로서, 초기과정이 지난 후 피크값은 정방향의 경우 약 30~40gf사이, 역방향의 경우 이보다 약 2배정도 더 큰 70~80gf사이에서 형성되었으며, 도 8의 (b)는 모터가 회전하였을 경우의 측정치를 보여주며 피크값은 각각 20-30gf, 140-160gf이 측정되었다.

상기와 같은 실험으로 이동방향에 따른 커베쳐를 다르게 성형한 나선형 리브(221)가 방향에 따른 마찰력의 차이를 유발하여 클램핑 역할을 하는 것을 확인할 수 있었으며, 회전시 이러한 격차가 커진다는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 2

로테이션자석(200)의 나선운동에 의한 전진과 리니어자석(300)의 선형이동에 의한 전진이 동시에 관찰되는가를 확인하기 위하여 아래와 같은 실험을 실시하였다.

도 9는 본 발명에 따른 마이크로로봇의 이동장치를 구현한 시험편을 보여주는 도면이다.

먼저, 실험환경에 적합하게 하기 위하여 도 9와 같이 2개의 나선필름(220,330)을 로테이션자석(200)과 리미터(320)에 대칭형으로 장착한 시험편과, 로테이션자석(200)에만 나선필름(220)을 장착한 시험편으로 준비하였다.

본 발명에 따른 이동장치의 성능실험은 두가지 방식으로 이루어진다. 체외에서 유기체관을 모사한 실험환경을 제작하여 실험하는 것과, 동물의 장기표본에 직접 이동장치를 삽입하여 성능을 검증하는 것으로 실시된다.

첫번째 모사관내 실험에서는 비닐파이프와 실리콘오일을 이용하여 인체 내 유기체관을 모사하였다. 도 10은 직경이 변하지 않는 유기체관에서의 이동을 가정한 실험장면을 보여준다.

이를 위하여 먼저 점도 1000의 실리콘오일을 수조에 채우고 직경 15mm인 비닐파이프를 수조 안에 지면과 평행하게 설치하였다. 도 10의 (a)~(b)과정은 로테이션자석(200)의 나선운동에 의해 이동하게 되고, 리니어자석(300)에 척력이 작용하면 점액질을 밀어내며 도 10의 (b)~(c)와 같이 획기적으로 전진한다. 그리고, 리니어자석(300)에 인력이 작용하기 전까지 다시 나선구조의 회전운동에 의해 도 10의 (c)~(d)와 같이 전진한다.

도 10의 (d)~(e)단계에서는 전방으로 이동하는 리니어자석(300)에 의해 이동장치가 후진하게 되지만, 방향적 마찰에 의해 도 10의 (b)~(c)단계에 비하여 변위가 작음을 알 수 있다. 도 10의 (a)~(e)까지 모든 과정에서 나선운동에 의한 전진과 선형이동이 혼합되어 나타났으며, 주기는 0.8초이고, 도 12의 (a)와 같이 30초간 50mm를 전진하였다.

도 12는 본 발명에 따른 모사관내 실험과 동물 실험결과를 보여주는 도면이다.

두 번째 모사관내 실험은 생체 유기체관을 좀 더 유사하게 모사하여 환경을 설정하였다. 직경이 변화하는 유기체관을 실험환경으로 설정하기 위하여 비닐파이프를 길이방향으로 절개하여 잔류응력으로 인하여 원주방향으로의 인장력(tensile force)이 지속적으로 작용하게 하였다.

그럼 비닐파이프의 직경이 이동장치의 직경에 따라 변화하며, 유체막의 두께가 얇게 형성된다. 또한 유체막의 이동에 따라 비닐파이프의 직경이 지속적로 변화하여 실제 유기체관과 더 가까운 환경이 설정된다.

도 11은 인장력이 고려된 환경에서 이동장치의 전진형태를 보여준다. 이는 도 10의 실험과 동일하게 전과정에서 나선형이동과 선형이동이 관찰되나, 도 10의 (d)~(e)과정에서 관찰되는 원치 않는 후진이 도 11의 (c)~(d)에서는 발생하지 않았다. 이는 방향적 마찰의 효과가 유체막이 얇게 형성될 때 더 크다는 사실을 보여준다. 또한 이동과정에서 주기적으로 비닐파이프의 직경이 변화했다.

도 11의 실험은 도 12의 (b)와 같이 약 30초동안 60mm를 전진하였으며, 이는 도 10의 실험보다 약 20% 더 좋은 성능을 보여준다. 이러한 결과는 적용기관의 관내직경에 따라 적합한 크기의 나선구조를 제작하는 것이 방향적 마찰구조의 기능을 최대화 할 수 있다는 사실을 보여준다.

동물 체내에 이동창치를 삽입하여 실시하는 실험은 도 12의 (c)와 같이 돼지에서 적출된 소장으로 환경을 구성하였다. 소장액에서 수분이 증발하면 소화액의 점성이 높아지므로 나선형 이동시 회전방향으로 많은 항력을 유발하며, 소장조직은 매우 얇기 때문에 조직이 뒤틀리기도 하므로 양쪽이 고정되어 있는 소장에 실리콘오일을 투입하여 실험하였다. 그 결과 6초 동안 약 10mm를 전진하였으며, 첫번째 모사관내 실험결과와 동일함을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로로봇의 이동장치를 도시한 분해사시도

도 2는 본 발명에 따른 마이크로로봇의 이동장치를 도시한 결합사시도

도 3은 본 발명에 따른 로테이션자석과 리니어자석의 거동분석을 위한 단순화모델을 도시한 도면

도 4는 본 발명에 따른 이동장치의 동작상태를 개략적으로 도시한 도면

도 5는 본 발명에 따른 나선필름의 나선형 리브에 의한 이동방향에 따른 마찰정도를 개념적으로 도시한 도면

도 6은 본 발명에 따른 나선형 리브의 커베쳐(curvature) 분석을 위한 도면

도 7은 본 발명에 따른 나선필름을 이용함에 따라 이동방향에 따른 마찰이 다르게 나타나는지 확인하는 실험장치를 개략적으로 도시한 도면

도 8은 도 7의 실험에 따른 이동방향과 회전에 따른 마찰력 측정치를 나타낸 그래프

도 9는 본 발명에 따른 마이크로로봇의 이동장치를 구현한 시험편을 보여주는 도면

도 10은 본 발명에 따라 직경이 변하지 않는 유기체관에서의 이동을 가정한 실험장면을 보여주는 도면

도 11은 본 발명에 따라 인장력이 고려된 환경에서 이동장치의 전진형태를 보여주는 도면

도 12는 본 발명에 따른 모사관내 실험과 동물 실험결과를 보여주는 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 본체 110 : 리니어가이드

111 : 가이드홈 120 : 모터장착부

130 : 안전판 140 : 마이크로모터

200 : 로테이션자석 210 : 회전커플러

220, 330 : 나선필름 221, 331 : 나선형 리브

300 : 리니어자석 310 : 선형커플러

311 : 가이드레일 320 : 리미터

Claims (6)

1. 선단부에 마이크로모터가 삽입설치되고, 상기 모터장착부 아래로 가이드홈이 길이방향으로 형성된 리니어가이드가 형성되는 본체;

   상기 마이크로모터의 모터축이 삽입고정되는 회전커플러;

   상기 회전커플러가 내측에 삽입설치되는 로테이션자석;

   상기 가이드홈에 끼워지는 가이드레일이 내벽면에 형성되는 선형커플러;

   상기 선형커플러가 내측에 삽입설치되며, 상기 로테이션자석의 회전운동에 의해 인력 및 척력이 발생하여 마이크로모터의 회전주기와 동일한 선형왕복운동주기를 갖는 리니어자석;

   상기 리니어가이드의 끝단에 고정되어 리니어자석의 이동거리를 제한하는 리미터;

   하나 이상의 나선형 리브를 형성하여 상기 로테이션자석에 외접하여 설치되는 나선필름;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로로봇의 이동장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 나선형 리브는 로테이션자석의 전진방향으로는 작은 커베쳐(curvature)로 형성되고 후진방향으로는 큰 커베쳐로 형성되어 이동방향에 따른 마찰정도가 다 르게 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로로봇의 이동장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 리니어자석의 선형왕복운동을 지속하기 위하여, 상기 리니어가이드는 상기 리니어자석과 로테이션자석 간에 인력으로 리니어자석과 로테이션자석의 접촉을 보장하는 최대거리 이하의 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로로봇의 이동장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 로테이션자석에 외접된 나선필름의 나선형 리브의 커베쳐(curvature)에 대칭되는 나선형 리브가 형성된 별도의 나선필름이 상기 리미터에 외접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로로봇의 이동장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 마이크로모터와 리니어가이드 사이에 상기 리니어자석의 선형왕복운동으로 인한 충격을 완화하는 안전판이 더 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로로봇의 이동장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 나선필름의 재질은 고무인 것을 특징으로 하는 마이크로로봇의 이동장치.

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