KR20100104506A - 3차원 입체 전자기 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 시스템의 공간 활용 능력이 향상되는 마이크로로봇 제어를 위한 3차원 입체 전자기 구동장치를 개시한다.

이를 위한 본 발명의 3차원 입체 전자기 구동장치는, 마이크로로봇을 자화시키고 평면회전 방향을 결정하는 헬름홀츠코일 및 상기 마이크로로봇의 자화력과 상호작용하여 마이크로로봇의 평면 추진력을 제공하는 맥스웰코일을 포함하는 3차원 입체 전자기 구동장치에 있어서, 임의의 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 헬름홀츠코일 및 상기 한 쌍의 헬름홀츠코일과 평행하고 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 맥스웰코일로 이루어진 코일모듈이 상기 공간을 중심으로 평면상에 등각(等角)으로 반복 배치되도록 구성되어, 상기 마이크로로봇을 평면이동시키는 평면이동부; 및 상기 평면상에 상기 평면이동부를 구성하는 어느 하나의 코일모듈의 중심축선을 중심으로 상기 평면이동부를 구성하는 다른 어느 하나의 코일모듈을 정회전 또는 역회전시킴에 따라, 상기 마이크로로봇을 축회전이동시키는 축회전이동부;를 포함하여 구성된다.

마이크로, 로봇, 혈관, 코일, 헬름홀츠, 맥스웰, 자화, 자성, 전자기장

Description

3차원 입체 전자기 구동장치{Three-dimension eletromagnetic drive device}

본 발명은 3차원 입체 전자기 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로로봇의 방향 및 3차원 위치 제어를 위한 전자기 구동장치의 회전 구조를 구현함으로써, 전자기 구동장치의 안정적인 구동 제어를 수행하고, 시스템의 관심영역(ROI:Region of Interest)을 인체에 적용하기 용이한 형태로 확장할 수 있는 마이크로로봇 제어를 위한 3차원 입체 전자기 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자기를 이용한 마이크로로봇의 구동 시스템은, 기본적인 전자석 코일모듈과 1개의 회전축(Z축, 11)을 이용하여 마이크로로봇의 평면 구동이 가능한 구동장치를 포함하여 구성된다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전자기 구동 마이크로로봇 구동모듈(10)은 헬름홀츠코일(Helmholtz Coil, 13)과 맥스웰코일(Maxwell Coil, 14)의 쌍으로 이루어져 있으며 코일모듈을 하나의 회전축(Z축, 11)을 이용하여 회전할 수 있도록 구성된다.

이는, 회전축(Z축, 11)의 평면상에서 코일모듈 사이에 균일한 크기의 자속과 일정하게 크기가 증가하는 자속을 발생시키는 것으로, 이를 이용하여 마이크로로봇 의 회전과 이동을 가능하게 할 수 있다.

상술하면, 우선 헬름홀츠코일(13)을 이용하여 균일한 크기의 자속을 발생시켜 마이크로로봇을 자화시킨 뒤, 회전축(Z축, 11)을 이용하여 이동을 원하는 방향으로 회전하면, 마이크로로봇이 균일한 자속을 따라 회전하게 된다.

그리고 원하는 이동방향으로 회전한 뒤 헬름홀츠코일(13)과 맥스웰코일(14)을 동시에 이용하여 균일하게 증가하는 자속을 발생시키면 마이크로로봇은 자속이 증가하거나 감소하는 방향으로 이동한다.

따라서, 회전축(Z축, 11)의 평면(X-Y평면) 상에서 마이크로로봇이 원하는 평면 운동을 가능하게 할 수 있다.

그러나 종래의 평면 전자기 구동 마이크로로봇 구동 모듈의 경우에는 평면 내에서만 구동이 가능하다. 그리고 코일모듈을 회전시켜야 하는 단점이 있는데, 이러한 코일모듈의 회전은 의료적인 적용에 있어서 작업할 수 있는 관심영역(ROI, Region of Interest)이 매우 적어지게 되어, 시스템의 활용성이 저하되는 문제점이 있다.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 헬름홀츠코일 및 맥스웰코일로 이루어진 코일모듈에 대하여 두 쌍의 코일모듈을 구축하고 코일 시스템의 공급 전류를 제어함과 동시에 두 쌍의 코일모듈 중 하나의 코일모듈을 그 코일모듈의 중심축을 중심으로 축회전시킴으로써, 마이크로로봇의 3차원 변위 제어를 수행할 수 있는 3차원 입체 전자기 구동장치를 제공함에 있다. 이러한 마이크로로봇을 위한 전자기 구동장치는 3차원 고동이 가능할 뿐만 아니라 코일모듈에 대한 축회전을 시킴으로 의료적으로 적용하기 용이하다는 장점을 가지고 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 3차원 입체 전자기 구동장치는, 마이크로로봇을 자화시키고 평면회전 방향을 결정하는 헬름홀츠코일 및 상기 마이크로로봇의 자화력과 상호작용하여 마이크로로봇의 평면 추진력을 제공하는 맥스웰코일을 포함하는 3차원 입체 전자기 구동장치에 있어서, 임의의 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 헬름홀츠코일 및 상기 한 쌍의 헬름홀츠코일과 평행하고 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 맥스웰코일로 이루어진 코일모듈이 상기 공간을 중심으로 평면상에 등각(等角)으로 반복 배치되도록 구성되어, 상기 마이크로로봇을 평면이동시키는 평면이동부; 및 상기 평면상에 상 기 평면이동부를 구성하는 어느 하나의 코일모듈의 중심축선을 중심으로 상기 평면이동부를 구성하는 다른 어느 하나의 코일모듈을 정회전 또는 역회전시킴에 따라, 상기 마이크로로봇을 축회전이동시키는 축회전이동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 평면이동부는, 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 제1헬름홀츠코일 및 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일과 평행하고 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 제1맥스웰코일로 이루어진 X축코일모듈; 및 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 제2헬름홀츠코일 및 상기 한 쌍의 제2헬름홀츠코일과 평행하고 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 제2맥스웰코일로 이루어지되 상기 X축코일모듈과 수직으로 설치되는 Y축코일모듈;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 X축코일모듈은 상기 Y축코일모듈의 내측 공간에 설치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 X축코일모듈의 중심축선에 설치되어 상기 X축코일모듈과 고정결합되는 중심축봉, 상기 중심축봉에 회전자재하게 조립되고 양단이 상기 Y축코일모듈의 양측에 각각 고정결합되며 상기 X축코일모듈의 중심축선을 중심으로 상기 Y축코일모듈이 회전자재하게 지지하는 회전암으로 이루어진 지지프레임;을 포함하여 구성되되, 상기 축회전이동부는 상기 X축코일모듈의 중심축선을 중심으로 상기 Y축코일모듈을 정회전 또는 역회전시킴에 따라, 상기 마이크로로봇을 축회전이동시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로로봇의 위치를 파악하기 위한 위치인식부; 및 상기 위치인식부에서 검출된 마이크로로봇의 움직임정보와 기입력된 마이크로로봇의 노선정보를 기반으로 상기 마이크로로봇의 궤적을 제어하기 위해 상기 각 코일모듈을 이루는 헬름홀츠코일 및 맥스웰코일의 전류공급량을 제어하고, 상기 축회전이동부의 정역회전량을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 위치인식부는 상기 마이크로로봇의 위치 판독을 위해, X-ray를 통한 영상인식 방법, 상기 마이크로로봇이 경유해야 할 경로를 도시한 지도와 더불어 내부 위치인식 장치를 이용한 상대적 위치정보 인식 방법, 현미경에 의한 위치 검출 방법, 카메라 시스템을 이용한 위치정보를 식별 방법 중 어느 하나의 방법이 사용되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 헬름홀츠코일은 상기 공간을 중심으로 안측으로 배치되고, 상기 맥스웰코일은 상기 헬름홀츠코일의 외측으로 배치되어 상호결합된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 헬름홀츠코일 및 맥스웰코일은 원형 코일인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 맥스웰코일은 코일의 전류 방향이 상이한 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.

바람직하게, 상기 헬름홀츠 코일의 전류 방향이 동일한 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마이크로로봇은 자화 가능한 강자성체(Ferro Magnet) 또는 이미 자화가 되어 있는 영구자석(Permanent Magnet) 중 어느 하나의 소재를 사용하 는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 헬름홀츠코일과 맥스웰코일로 이루어진 코일모듈을 한 쌍을 상호 수직방향으로 배치하고, 이 중 어느 하나의 코일모듈을 축회전시키며, 상기 코일모듈로 공급되는 전류량을 제어함과 동시에 축회전되는 코일모듈의 회전량을 제어하여 마이크로로봇에 대한 3차원 변위 제어를 수행토록 함에 따라 공간 활용 능력이 향상되는 효과가 있다. 이러한 마이크로로봇을 위한 전자기구동장치는 3차원 구동이 가능할 뿐만 아니라 코일모듈에 대해 축회전을 시킴으로 의료적으로 적용하기가 용이하다는 장점을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 소화기관 이동로봇, 혈관 이동로봇, 망막 이동로봇, 뇌피질 이동로봇 등으로 적용될 수 있어 의료 로봇의 기반 기술을 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 크게, 평면이동부(100), 축회전이동부(200), 지지프레임(300), 위치인식부(400), 제어부(500)를 포함하여 구성된다.

상기 평면이동부(100)는 다수의 코일모듈이 평면상에 등각(等角)으로 반복 배치되도록 구성되는데, 이때, 상기 코일모듈은 임의의 공간(S)을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 헬름홀츠코일 및 상기 한 쌍의 헬름홀츠코일과 평행하고 상기 공간(S)을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 맥스웰코일로 이루어진다.

따라서, 상기 헬름홀츠코일은 마이크로로봇(MCRB)을 자화시키고 평면회전 방향을 결정하고, 상기 맥스웰코일은 상기 마이크로로봇(MCRB)의 자화력과 상호작용하여 마이크로로봇(MCRB)의 평면 추진력을 제공하게 된다.

상기 축회전이동부(200)는 상기 평면상에 상기 평면이동부(100)를 구성하는 어느 하나의 코일모듈의 중심축선(X)을 중심으로 상기 평면이동부(100)를 구성하는 다른 어느 하나의 코일모듈을 정회전 또는 역회전시킴에 따라, 상기 마이크로로봇(MCRB)을 축회전이동시키게 된다.

먼저, 평면이동부(100)에 대하여 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치의 개략적인 구성을 보여주는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치의 개략적인 구성을 보여주는 정면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로로봇(MCRB)의 활동 범위에 준하는 임의의 공간(S)을 확보하고, 상기 공간(S)을 중심으로 서로 수직으로 배치 X축코일모듈(110)과 Y축코일모듈(160)이 구비된다.

상기 X축코일모듈(110)은 상기 공간(S)을 중심으로 대향 배치되는 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HCX) 및 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HCX)과 평행하고 상기 공 간(S)을 중심으로 대향 배치되는 한 쌍의 제1맥스웰코일(MCX)로 이루어지고, 상기 Y축코일모듈(160)은 상기 공간(S)을 중심으로 대향 배치되는 한 쌍의 제2헬름홀츠코일(HCY) 및 상기 한 쌍의 제2헬름홀츠코일(HCY)과 평행하고 상기 공간(S)을 중심으로 대향 배치되는 한 쌍의 제2맥스웰코일(MCY)로 이루어지되 상기 X축코일모듈(110)과 수직으로 설치된다.

이때, 상기 X축코일모듈(110)은 상기 Y축코일모듈(160)의 내측 공간에 설치되되, 상기 제1헬름홀츠코일(HCX)은 상기 공간(S)을 중심으로 안측으로 배치되고, 상기 제1맥스웰코일(MCX)은 상기 제1헬름홀츠코일(HCX)의 외측으로 배치되어 상호결합되며, 상기 제2헬름홀츠코일(HCY)은 상기 공간(S)을 중심으로 안측으로 배치되고, 상기 제2맥스웰코일(MCY)은 상기 제2헬름홀츠코일(HCY)의 외측으로 배치되어 상호결합된다.

즉, Y축코일모듈(160)의 사이로 공간(S)을 확보하고, 상기 Y축코일모듈(160)의 사이로 설치되되 상기 공간(S)을 중심으로 대향되도록 X축코일모듈(110)을 구성할 수 있으며, X축코일모듈(110)은 Y축코일모듈(160)보다 소형화된 구조로 Y축코일모듈(160)의 안측 공간에 설치될 수 있다. 이는, 본 발명의 실시예로서 구현된 것으로, 도시된 바와 다르게 X축코일모듈(110) 및 Y축코일모듈(160)의 직경을 다르게 설정할 수 있는 것이고, 이는 X축코일모듈(110) 및 Y축코일모듈(160)로 인가되는 전류량에 의해 전자기장을 제어하는 것으로, X축코일모듈(110) 및 Y축코일모듈(160)에 권취되는 코일의 턴 수와 공급 전류량에 따라 전자기장을 제어하기 때문에, X축코일모듈(110) 및 Y축코일모듈(160)의 크기를 결정하는 것은 본 발명의 요 지를 벗어날 것이다.

한편, 상기 제1, 2헬름홀츠코일은 코일의 전류 방향이 동일하게 구성되고, 상기 제1, 2맥스웰코일은 코일의 전류 방향이 상이하도록 구성되며, 상기 제1, 2헬름홀츠코일 및 상기 제1, 2맥스웰코일은 원형 코일로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 제1, 2헬름홀츠코일의 전류 방향이 동일하게 구성하는 것은 마이크로로봇(MCRB)의 자화 및 마이크로로봇(MCRB)의 평면회전 방향을 결정하기 위함이고, 상기 제1, 2맥스웰코일의 전류 방향이 상이하게 구성하는 것은 마이크로로봇(MCRB)의 평면추진력을 제공하기 위함이다.

다시 말하면, 상기 평면이동부(100)의 X축코일모듈(110)은 임의의 공간(S)을 중심으로 대향되도록 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HCX)이 설치되고, 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HCX)의 각 외향으로 밀착 고정되는 한 쌍의 제1맥스웰코일(MCX)로 구성된다. 또한, 평면이동부(100)의 Y축코일모듈(160)은 상기 X축코일모듈(110)과 수직으로 설치되되, 상기 공간(S)을 중심으로 대향되도록 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HCX)이 설치되고, 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HCX)의 각 외향으로 밀착 고정되는 한 쌍의 제1맥스웰코일(MCX)로 구성된다.

상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HCX)은 상기 마이크로로봇(MCRB)의 유동 방향을 X축으로 지정하고, 상기 한 쌍의 제2헬름홀츠코일(HCY)은 상기 마이크로로봇(MCRB)의 유동 방향을 Y축으로 지정한다. 이는 상호 대향되는 헬름홀츠코일 간 전자기장의 방향을 정의해 줌으로써, X축 및 Y축 방향의 전자기장을 토대로 마이크로로봇(MCRB)의 이동 방향을 XY 평면상으로 설정하는 것이다.

또한, 한 쌍의 제1맥스웰코일(MCX)은 상기 공간(S)에서 유기되는 전자기장의 세기를 X축 상에서 유도하기 위한 것으로, 상기 한 쌍의 제2맥스웰코일(MCY)은 상기 공간(S)에서 유기되는 전자기장의 세기를 Y축 상에서 유도하기 위해 사용된다.

따라서, X축 및 Y축으로 구비되는 제1, 2헬름홀츠코일에 의해 마이크로로봇(MCRB)의 이동 방향을 결정하고, X축 및 Y축으로 구비되는 제1, 2맥스웰코일에 의해 마이크로로봇(MCRB)의 이동 속도 또는 세기를 결정한다.

여기서 상기 마이크로로봇(MCRB)은 자화 가능한 강자성체(Ferro Magnet) 또는 이미 자화가 되어 있는 영구자석(Permanent Magnet)으로 구성되어, 상기 제1, 2헬름홀츠코일 및 상기 제1, 2맥스웰코일의 전자기장에 의한 자력으로부터 자화되고, 이를 기반으로 마이크로로봇(MCRB)의 평면회전 방향 및 평면추진력이 제공된다.

상기 마이크로로봇(MCRB)은 상기 공간(S)의 중심에 안착되며, X축코일모듈(110) 및 Y축코일모듈(160)로부터 유기되는 전자기장의 세기 및 방향에 따라 마이크로로봇(MCRB)의 방향 및 움직임이 제어된다. 필요에 따라 상기 공간(S)은 환자에 대한 진료 공간이고, 상기 마이크로로봇(MCRB)은 환자의 신체 내부 혈관으로 투입된다. 혈관 내부는 혈류에 의한 부하가 발생되며, 마이크로로봇(MCRB)은 혈류 부하에 비례하는 전자기장의 세기를 제공받는다.

다음으로, 축회전이동부(200) 및 지지프레임(300)에 대하여 설명하도록 한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 축회전이동부(200)는 상술한 평면이동부(100)를 구성하는 어느 하나의 코일모듈의 중심축선(X)을 중심으로 상기 평면이동부(100)를 구성하는 다른 어느 하나의 코일모듈을 정회전 또는 역회전시키기 위한 부분이다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, X축코일모듈(110)의 중심축선(X)을 중심으로 하여 Y축코일모듈(160)을 정회전 또는 역회전시키기 위한 부분으로서, 이와 같이 X축코일모듈(110)의 중심축선(X)을 중심으로 Y축코일모듈(160)을 정회전 또는 역회전시키게 되면, 상술한 평면이동부(100)와 연동하여 평면상에서 유동하는 마이크로로봇(MCRB)을 3차원적으로 유동시킬 수 있게 된다.

상기 축회전이동부(200)는 중심축봉(310)과 회전암(320)으로 이루어진 지지프레임(300)을 포함하여 구성되는데, 상기 중심축봉(310)은 상기 X축코일모듈(110)의 중심축선(X)에 설치되어 상기 X축코일모듈(110)과 고정결합되는 부분이고, 상기 회전암(320)은 상기 중심축봉(310)에 회전자재하게 조립되고 양단이 상기 Y축코일모듈(160)의 양측에 각각 고정결합되며 상기 X축코일모듈(110)의 중심축선(X)을 중심으로 상기 Y축코일모듈(160)이 회전자재하게 지지하는 부분이다.

따라서 상기 축회전이동부(200)는 상기 X축코일모듈(110)의 중심축선(X)에 설치된 중심축봉(310)을 중심으로 하여 상기 Y축코일모듈(160)의 양측에 각각 고정결합된 회전암(320)을 벨트(bt)와 같은 연동수단을 통해 정회전 또는 역회전시킴에 따라 상기 X축코일모듈(110)의 중심축선(X)을 중심으로 상기 Y축코일모듈(160)을 정회전 또는 역회전시킬 수 있게 된다. 이러한 결과, 상기 마이크로로봇(MCRB)을 축회전이동하게 된다.

다음으로, 위치인식부(400), 제어부(500)에 대하여 설명하도록 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 위치인식부(400)는, 상기 공간(S)상에서 유동하는 마이크로로봇(MCRB)의 위치를 파악하기 위한 부분이고, 상기 제어부(500)는 상기 위치인식부(400)에서 검출된 마이크로로봇(MCRB)의 움직임정보와 기입력된 마이크로로봇(MCRB)의 노선정보를 기반으로 상기 마이크로로봇(MCRB)의 궤적을 제어하기 위해 상기 각 코일모듈을 이루는 헬름홀츠코일 및 맥스웰코일의 전류공급량을 제어하고, 상기 축회전이동부(200)의 정역회전량을 제어하는 부분이다.

상기 제어부(500)는 제1, 2헬름홀츠 코일 및 제1, 2맥스웰 코일에 대한 각각의 전류 제어를 수행하여 각 코일로부터 유기되는 전자기장의 세기 및 방향을 설정함에 따라 평명이동을 결정하고, 상기 축회전이동부(200)의 정회전 또는 역회전 정도를 설정함에 따라 축회전을 결정하며, 이처럼 마이크로로봇(MCRB)의 평면이동 및 축회전을 결정하여 마이크로로봇(MCRB)의 3차원 유동이 가능하게 한다.

즉, 마이크로로봇(MCRB)이 기 설정된 타겟(Target) 위치로 유동시키기 위한 제1, 2헬름홀츠 코일 및 제1, 2맥스웰 코일의 전류값제어, 축회전이동부(200)의 회전량제어로서, 위치인식부(400)에서 검출된 마이크로로봇(MCRB)의 현재 위치 정보 및 설정된 타겟에 대응하는 마이크로로봇(MCRB)의 노선 정보를 토대로 제1, 2헬름홀츠 코일 및 제1, 2맥스웰 코일에 대한 전자기장의 세기 및 방향이 설정되고, 축회전이동부(200)의 회전량이 설정되는 것이다.

한편, 전술된 위치인식부(400)는 마이크로로봇(MCRB)이 인체로 인입될 경우, X-ray를 통한 영상인식 방법이 적용될 수 있으며, 필요에 따라 기존의 지도 예컨대, 마이크로로봇(MCRB)이 경유해야 할 인체 혈관을 도시한 지도와 더불어 내부 위치인식 장치를 이용한 상대적 위치정보 인식 방법이 사용될 수 있다. 또는, 마이크로로봇(MCRB)이 노출되어 있을 경우, 현미경과 카메라 시스템 등을 이용한 위치정보를 식별할 수 있을 것이다.

도 7은 도 6의 기본 원리와 같지만 회전형 코일을 안쪽으로 배치한 그림이다. 회전형 코일이 안쪽으로 배치될 경우 회전반경 및 관성을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치의 동작 상태를 설명하기 위한 플로우챠트로서, 도 8을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치의 동작을 설명하도록 한다.

1단계 - 마이크로로봇 맵 설정

먼저, 피검사자의 혈관을 촬영한다. 혈관 촬영은 CT, MRI, X-ray 등으로 촬영될 수 있다. 촬영된 혈관 사진은 그래픽화된 정보로 저장되며, 혈관의 세분화된 위치 또는 특정 위치를 데이터화하여 전술된 타겟 위치까지의 경로 정보를 생성한다. 경로 정보는 현재의 마이크로로봇(MCRB)의 위치로부터 타겟 위치까지의 혈관 경로로서, 마이크로로봇(MCRB)이 혈관을 따라 타겟 위치까지 이동해야 할 경로이다.

2단계 - 타겟설정

다음으로, 검사자는 상기 혈관 경로 정보를 토대로 마이크로로봇(MCRB)이 도착해야 할 타겟 위치를 설정한다.

3단계 - 마이크로로봇 감시

다음으로, 상기 위치인식부(400)를 이용하여 현재 피검자의 혈관으로 투입된 마이크로로봇(MCRB)을 지속적으로 촬영한다. 이는 마이크로로봇(MCRB)의 이동 궤적과 상기한 타겟 위치까지의 경로를 매칭시키기 위한 것이다. 상기 위치인식부(400)는 X-ray를 통한 영상인식 방법이 적용되거나, 내부 위치인식 장치를 이용한 상대적 위치정보 인식 방법이 사용될 수 있다.

4단계 - 마이크로로봇 경로 산출

다음으로, 상기 제어부(500)는 위치인식부(400)에 의해 검출된 마이크로로봇(MCRB)의 현재 위치 정보와, 상기 혈관 경로 정보, 타겟 정보를 토대로 마이크로로봇(MCRB)이 이동해야 할 경로를 산출한다. 필요에 따라, 혈관의 크기나 피검자의 상태에 대응하도록 마이크로로봇(MCRB)의 이동속도 또는 이동력의 크기를 설정할 수 있을 것이다.

5단계- 헬름홀츠 코일 전류 제어 및 마이크로로봇의 조향 제어

다음으로, 상기 제어부(500)는 마이크로로봇(MCRB)의 경로에 따른 이동 방향을 토대로, 상기 제1헬름홀츠 코일 및 제2헬름홀츠 코일로 공급해야 할 전류량을 산출한다. 제1헬름홀츠 코일 및 제2헬름홀츠 코일로 공급되는 전류는 마이크로로봇(MCRB)의 자화하고 원하는 방향으로 조향하기 위한 것으로, 혈류 량이나 혈관의 압력에 따라 가변된다.

다음으로, 상기 제어부(500)는 마이크로로봇(MCRB)의 경로에 따른 3차원적 이동 방향을 토대로, 상기 회전이동부(200)의 회전량을 산출한다. 즉, 상술한 헬름홀츠 코일 전류 제어와 더불어 회전이동부(200)의 회전량을 함께 제어하여, 마이크로로봇(MCRB)의 3차원적 이동 방향에 따라 마이크로로봇(MCRB)이 3차원적 경로를 따라 유동될 수 있도록 한다.

6단계 - 맥스웰 코일 전류 제어

다음으로, 상기 제어부(500)는 제1맥스웰 코일 및 제2맥스웰 코일을 기동 제어한다. 상기 제어부(500)는 기 설정된 마이크로로봇(MCRB)의 이동 방향에 따른 이동 속도에 대응하여 제1맥스웰 코일 및 제2맥스웰 코일을 구동하기 위한 제어신호를 생성한다. 이때, 별도의 전류증폭부(미도시)를 구비할 수 있으며, 이 전류증폭부는 제어부(500)의 제어신호에 응답하여 제1맥스웰 코일 및 제2맥스웰 코일로 해당 전류량을 공급한다. 전류량 설정은 마이크로로봇(MCRB)의 설정된 이동속도 또는 혈류 부하에 비례하여 각 맥스웰 코일로 전류를 공급한다.

7단계 - 마이크로로봇 궤적 검출

다음으로, 상기 제어부(500)는 마이크로로봇(MCRB)에 대한 움직임을 감지하고, 궤적에 대한 보정을 수행한다. 이는 혈류의 부하에 대응하기 위한 것으로, 본 과정에서 상기 위치인식부(400)를 통해 마이크로로봇(MCRB)의 궤적을 인지한다.

8단계 - 코일모듈 전류량 조절

다음으로, 판단한 결과 X축코일모듈(110), Y축코일모듈(160)로 인가되는 전 류량 정보를 기준으로 마이크로로봇(MCRB)의 유동 속도가 정상범위일 경우, 5단계로 피드백하여 기 설정된 마이크로로봇(MCRB)의 경로에 따라 제1, 2헬름홀츠 코일 및 제1, 2맥스웰 코일로 인가되는 전류량을 조정한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

도 1은 종래 2차원 평면 전자기 구동 시스템을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치의 개략적인 구성을 보여주는 사시도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치의 개략적인 구성을 보여주는 평면도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치의 개략적인 구성을 보여주는 정면도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치의 개념을 설명하기 위한 구성도.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치의 사용 예를 설명하기 위한 구성도.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 입체 전자기 구동장치의 동작 상태를 설명하기 위한 플로우챠트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:평면이동부 110:X축코일모듈

160:Y축코일모듈 200:회전이동부

300:지지프레임 310:중심축봉

320:회전암 400:위치인식부

500:제어부 X:중심축선

HCX:제1헬름홀츠코일 HCY:제2헬름홀츠코일

MCX:제1맥스웰코일 MCY:제2맥스웰코일

Claims (11)

1. 마이크로로봇을 자화시키고 평면회전 방향을 결정하는 헬름홀츠코일 및 상기 마이크로로봇의 자화력과 상호작용하여 마이크로로봇의 평면 추진력을 제공하는 맥스웰코일을 포함하는 3차원 입체 전자기 구동장치에 있어서,

   임의의 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 헬름홀츠코일 및 상기 한 쌍의 헬름홀츠코일과 평행하고 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 맥스웰코일로 이루어진 코일모듈이 상기 공간을 중심으로 평면상에 등각(等角)으로 반복 배치되도록 구성되어, 상기 마이크로로봇을 평면이동시키는 평면이동부; 및

   상기 평면상에 상기 평면이동부를 구성하는 어느 하나의 코일모듈의 중심축선을 중심으로 상기 평면이동부를 구성하는 다른 어느 하나의 코일모듈을 정회전 또는 역회전시킴에 따라, 상기 마이크로로봇을 축회전이동시키는 축회전이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 평면이동부는,

   상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 제1헬름홀츠코일 및 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일과 평행하고 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 제1맥스웰코일로 이루어진 X축코일모듈; 및

   상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 제2헬름홀츠코일 및 상기 한 쌍의 제2헬름홀츠코일과 평행하고 상기 공간을 중심으로 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 제2맥스웰코일로 이루어지되 상기 X축코일모듈과 수직으로 설치되는 Y축코일모듈;로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 X축코일모듈은 상기 Y축코일모듈의 내측 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 X축코일모듈의 중심축선에 설치되어 상기 X축코일모듈과 고정결합되는 중심축봉, 상기 중심축봉에 회전자재하게 조립되고 양단이 상기 Y축코일모듈의 양측에 각각 고정결합되며 상기 X축코일모듈의 중심축선을 중심으로 상기 Y축코일모듈이 회전자재하게 지지하는 회전암으로 이루어진 지지프레임;을 포함하여 구성되되,

   상기 축회전이동부는 상기 X축코일모듈의 중심축선을 중심으로 상기 Y축코일모듈을 정회전 또는 역회전시킴에 따라, 상기 마이크로로봇을 축회전이동시키는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 마이크로로봇의 위치를 파악하기 위한 위치인식부; 및

   상기 위치인식부에서 검출된 마이크로로봇의 움직임정보와 기입력된 마이크로로봇의 노선정보를 기반으로 상기 마이크로로봇의 궤적을 제어하기 위해 상기 각 코일모듈을 이루는 헬름홀츠코일 및 맥스웰코일의 전류공급량을 제어하고, 상기 축회전이동부의 정역회전량을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 위치인식부는 상기 마이크로로봇의 위치 판독을 위해, X-ray를 통한 영상인식 방법, 상기 마이크로로봇이 경유해야 할 경로를 도시한 지도와 더불어 내부 위치인식 장치를 이용한 상대적 위치정보 인식 방법, 현미경에 의한 위치 검출 방법, 카메라 시스템을 이용한 위치정보를 식별 방법 중 어느 하나의 방법이 사용되는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 헬름홀츠코일은 상기 공간을 중심으로 안측으로 배치되고, 상기 맥스웰코일은 상기 헬름홀츠코일의 외측으로 배치되어 상호결합된 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 헬름홀츠코일 및 맥스웰코일은 원형 코일인 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 맥스웰코일은 코일의 전류 방향이 상이한 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 헬름홀츠 코일의 전류 방향이 동일한 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 마이크로로봇은 자화 가능한 강자성체(Ferro Magnet) 또는 이미 자화가 되어 있는 영구자석(Permanent Magnet) 중 어느 하나의 소재를 사용하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체 전자기 구동장치.

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