KR20110052963A

KR20110052963A - 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템

Info

Publication number: KR20110052963A
Application number: KR1020090109720A
Authority: KR
Inventors: 윤의성; 양성욱; 김진석; 나경환; 노덕문; 이승석
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2011-05-19
Also published as: WO2011059133A1; EP2498664A4; EP2498664B1; EP2498664A1; KR101074511B1

Abstract

본 발명은 전진과 후진의 양방향으로 구동 가능한 캡슐형 마이크로로봇 양방향 구동 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 캡슐형 마이크로 로봇 구동 시스템은 소정의 축을 따라 전후진 직선 운동하는 선택 이동체와, 상기 선택 이동체를 운동시키는 구동수단과, 상기 선택 이동체의 전방에 배치되는 제1이동체와, 상기 선택 이동체의 후방에 배치되는 제2이동체와, 상기 제1이동체와 접철 가능하게 결합되는 제1다리 및 상기 제2이동체와 접철 가능하게 결합되는 제2다리를 포함하고, 상기 선택 이동체는 상기 제1이동체 및 상기 제2이동체와 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있는 것을 특징으로 한다.

캡슐형, 구동, 로봇, 양방향

Description

캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템{CAPSULE TYPE MICRO-ROBOT BIDIRECTIOANL MOVING SYSTEM}

본 발명은 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장기 내부에서 전진과 후진의 양방향으로 구동 가능한 캡슐형 마이크로로봇 양방향 구동 시스템에 관한 것이다.

인체를 침습하지 않고, 생체 내의 장기를 진료 또는 관찰하기 위한 방법으로서 내시경을 이용한 방법이 사용되고 있다. 하지만, 이러한 전통적인 내시경 기술은 고도로 숙련된 시술 기술을 요하고, 시술받는 환자들에게 고통을 주게 된다는 한계가 있다.

따라서, 구강 또는 항문을 통해 생체 내로 투입되어 환자의 고통 없이 생체내의 기관을 진료 또는 관찰할 수 있도록 하는 생체내 이동형 시스템 기술이 연구되고 있다. 대표적인 생체내 이동형 시스템으로, 구강을 통해 투입되면 생체 내부를 촬영하는 캡슐형 내시경이 있다.

캡슐형 내시경은 생체 내부 영상을 촬영하기 위한 초소형 카메라와 촬영한 영상을 외부에 송신하는 통신 기구 등을 구비한다. 이와 같은 내시경을 통하여, 장 기 내부의 촬영이 가능하다.

그러나 이와 같은 캡슐형 내시경은 장기의 연동 운동에 의존해 수동적으로 장기 내에서 움직이게 되므로, 전체적으로 이동 속도가 느리고 소화 기관의 특성이나 시술 환자에 따라서도 이동 속도가 현저히 다르다. 또한, 상황에 따라 캡슐형 내시경의 장기 내 위치 및 자세를 적절히 조정할 수 없어서 정확한 진단에 어려움이 따른다.

따라서, 자체적인 구동수단을 구비하여 장기 내부에서 능동적으로 이동할 수 있는 캡슐형 마이크로 로봇 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 현재까지의 능동 이동형 캡슐형 마이크로 로봇은 단방향으로만 주행이 가능한 것이 일반적이다.

이러한 단방향 이동형 캡슐형 마이크로 로봇 시스템은 로봇이 환부나 촬영이 필요한 부위를 지나쳤을 때 다시 역주행하여 필요한 시술이나 촬영을 수행하기 어렵다는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 양방향 이동형 로봇 시스템이 개발되고 있으나, 시스템의 구조가 복잡하고, 제어가 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간단한 구조를 가지면서도 제어가 용이하고, 장기 내에서 전후진 양방향으로 구동이 가능한 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 캡슐형 마이크로 로봇 구동 시스템은 소정의 축을 따라 전후진 직선 운동하는 선택 이동체와, 상기 선택 이동체를 운동시키는 구동수단과, 상기 선택 이동체의 전방에 배치되는 제1이동체와, 상기 선택 이동체의 후방에 배치되는 제2이동체와, 상기 제1이동체와 접철 가능하게 결합되는 제1다리 및 상기 제2이동체와 접철 가능하게 결합되는 제2다리를 포함한다. 상기 선택 이동체는 상기 제1이동체 및 상기 제2이동체와 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있다.

또한, 상기 로봇의 전진 이동시 상기 선택 이동체는 상기 제1이동체에 결합되어 상기 제1이동체를 상기 축을 따라 직선 운동시키고, 상기 로봇의 후진 이동시 상기 선택 이동체는 상기 제2이동체에 결합되어 상기 제2이동체를 상기 축을 따라 직선 운동시킬 수도 있다.

또한, 상기 선택이동체는 상기 선택이동체의 전방으로 연장형성되는 제1걸림핀 및 상기 선택이동체의 후방으로 연장형성되는 제2걸림핀을 포함하고, 상기 제1이동체 및 상기 제2이동체에는 각각 상기 제1걸림핀 및 상기 제2걸림핀이 결합 또 는 분리되는 핀걸림홈이 형성될 수도 있다.

또한, 상기 핀걸림홈은 상기 걸림핀이 안착되는 결합부, 상기 결합부로의 진입로를 형성하는 입구부 및 상기 결합부로부터의 출로를 형성하는 출구부를 포함하고, 상기 걸림핀은 상기 입구부로 진입하여 상기 결합부에 안착되어 상기 핀걸림홈에 결합되고, 상기 결합부에 안착된 상기 걸림핀은 상기 출구부를 통해 인출되어 상기 핀걸림홈으로부터 분리될 수도 있다.

또한, 상기 입구부, 상기 결합부 및 상기 출구부의 경계에는 단차가 형성될 수도 있다.

또한, 상기 입구부는 상기 걸림핀이 상기 핀걸림홈으로 진입하는 경로를 형성하는 제1입구로 및 상기 걸림핀이 상기 결합부로 진입하는 경로를 형성하는 제2입구로를 포함하고, 상기 출구부는 상기 걸림핀이 상기 결합부로부터의 인출되는 경로를 형성하는 제1출구로 및 상기 걸림핀이 상기 핀걸림홈으로부터 인출되는 경로를 형성하는 제2출구로를 포함하며, 상기 제1입구로 및 상기 제2입구로의 경계와 상기 제1출구로 및 상기 제2출구로의 경계에는 단차가 형성될 수도 있다.

또한, 상기 선택이동체는 상기 선택이동체의 전방으로 형성되는 제1탄성체 및 상기 선택이동체의 후방으로 형성되는 제2탄성체를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 제1탄성체 및 제2탄성체는 코일형 스프링일 수도 있다.

또한, 상기 선택 이동체, 제1이동체 및 제2이동체를 내부에 수용하는 캡슐을 더 포함하고, 상기 캡슐은 상기 캡슐의 길이방향으로 형성된 제1노출공을 구비하며, 상기 제1다리 및 상기 제2다리는 펼쳐지면 상기 제1노출공을 통해 상기 캡슐 밖으로 노출되고, 접혀지면 상기 캡슐 안으로 수용될 수도 있다.

또한, 상기 구동수단은 모터와, 상기 캡슐의 길이방향으로 형성되어 상기 모터에 의해 회전하는 샤프트를 포함하고, 상기 선택이동체, 제1이동체 및 제2이동체의 중앙부에는 중공부가 관통 형성되어, 상기 샤프트가 상기 선택이동체, 제1이동체 및 제2이동체를 관통하여 결합될 수도 있다.

또한, 상기 샤프트의 외주면에는 나사산이 형성되고, 상기 선택이동체의 중공부의 외주면에는 상기 샤프트의 나사산에 체결되는 나사산이 형성되어, 상기 샤프트와 상기 선택 이동체는 서로 나사 체결될 수도 있다.

또한, 상기 선택이동체의 외주면에는 상기 캡슐의 길이 방향으로 제1요홈이 형성되고, 상기 캡슐의 내주면에는 상기 제1요홈과 맞물리는 회전방지돌기가 형성될 수도 있다.

또한, 상기 제1이동체 및 상기 제2이동체의 외주면에는 상기 회전방지돌기와 맞물리는 키홈이 형성될 수도 있다.

또한, 상기 제1다리 및 상기 제2다리는 복수개 구비될 수도 있다.

또한, 상기 제1다리는 상기 캡슐의 전방에서 후방 방향을 향하도록 형성되고, 상기 제2다리는 상기 캡슐의 후방에서 전방 방향을 향하도록 형성될 수도 있다.

또한, 상기 제1이동체 및 제2이동체는 각각 상기 중공부가 형성되어 상기 샤프트 상에 결합되는 내부 실린더와, 상기 내부 실린더를 감싸도록 결합되는 외부 실린더를 포함하고, 상기 내부 실린더의 외주면에는 복수의 다리걸림홈이 형성되 고, 상기 외부 실린더의 외주면에는 상기 캡슐의 길이 방향으로 복수의 제2노출공이 관통 형성되며, 상기 다리걸림홈과 상기 제2노출공은 서로 정렬되도록 배치되고, 상기 제1다리 및 상기 제2다리는 각각 상기 제1이동체 및 제2이동체의 제2노출공의 위치에 대응되는 위치에 배치되어 상기 외부 실린더에 힌지 고정되어, 상기 내부 실린더의 이동 방향에 따라 상기 다리걸림홈에 상기 다리가 간섭되어 걸림으로써 펼쳐지거나 접혀지도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기 핀걸림홈은 상기 내부 실린더에 형성되어, 상기 선택 이동체는 상기 제1이동체의 내부 실린더 및 상기 제2이동체의 내부 실린더와 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있다.

또한, 상기 핀걸림홈은 상기 내부 실린더의 상기 중공부의 외주면에 형성될 수도 있다.

또한, 상기 캡슐의 제1노출공과, 상기 외부실린더의 제2노출공은 서로 정렬되도록 배치될 수도 있다.

또한, 상기 캡슐의 머리부에는 카메라가 장착될 수도 있다.

본 발명에 따른 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템은 장기 내에서 전후진 양방향으로 모두 이동이 가능하고, 신속하게 이동이 가능하므로, 필요한 촬영이나 시술을 효과적으로 수행할 수 있다.

또한, 전원을 인가받아 로봇의 움직임을 제어하는 액츄에이터의 수가 최소화되므로, 시스템의 구조가 간단하면서도 에너지 효율이 우수하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐형 마이크로로봇 시스템(100)의 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐형 마이크로로봇 시스템(100)의 조립 사시도이다. 도 2에는 도시의 편의를 위하여 일부 구성요소가 절개되어 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 캡슐형 마이크로 로봇 시스템(100)은 샤프트(112)를 구비하는 구동수단(110), 샤프트(112)에 결합되어 샤프트(112)를 따라 전후진 직선 운동하는 선택 이동체(120), 선택 이동체(120)가 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있는 제1이동체(191) 및 제2이동체(192)를 포함한다.

구동수단(110)은 모터(111)와, 상기 모터(111)에 연결되어 모터(111)에 의해 회전하는 샤프트(112)로 이루어진다. 샤프트(112)의 외주면에는 나사산(113)이 형성되어 있다.

선택 이동체(120)의 중앙부에는 중공부(121)가 관통형성되어 있으며, 중공부(121)의 외주면에는 샤프트(112)의 나사산(113)과 체결될 수 있는 나사산(122)이 형성되어 있다. 따라서, 샤프트(112)는 중공부(121)를 관통하여 선택 이동체(120)와 결합되며, 샤프트(112)와 선택 이동체(120)는 서로 나사 체결된다.

제1이동체(191)는 선택 이동체(120)의 전방에 배치된다. 제1이동체(191)의 중앙부에는 중공부(131)가 형성되어 있으며, 제1이동체(191)는 중공부(131)를 통해 샤프트(112)에 결합된다. 선택 이동체(120)와는 달리, 중공부(131)에는 나사산이 형성되어 있지 않다.

도 1을 참조하면, 제1이동체(191)는 중앙에 중공부(131)가 형성된 내부 실린더(130)와, 내부 실린더(130)를 감싸도록 결합되는 외부 실린더(140)를 포함한다. 외부 실린더(140)에는 복수의 제1다리(141)가 결합된다. 제1다리(141)는 외부 실린더(140)에 힌지 고정되어 접철이 가능하다. 제1다리(141)는 전방에서 후방 방향을 향하도록 배치되어 제1이동체(191)의 외부 실린더(140)에 결합된다.

제2이동체(192)는 선택 이동체(120)의 후방에 배치된다. 제2이동체(192)의 중앙부에는 중공부(151)가 형성되어 있으며, 제2이동체(192)는 중공부(151)를 통해 샤프트(112) 상에 결합된다. 중공부(151)에는 나사산이 형성되어 있지 않다.

제1이동체(191)와 동일하게, 제2이동체(192)는 중앙에 중공부(151)가 형성된 내부 실린더(150)와, 내부 실린더(150)를 감싸도록 결합되는 외부 실린더(160)를 포함한다. 외부 실린더(160)에는 복수의 제2다리(161)가 결합된다. 제2다리(161)는 외부 실린더(160)에 힌지 고정되어 접철이 가능하다. 제2다리(161)는 후방에서 전방 방향을 향하도록 배치되어 제2이동체(192)의 외부 실린더(160)에 결합된다.

본 실시예에 따르면, 제1이동체(191)와 제2이동체(192)의 구조는 서로 동일하며, 제1이동체(191)와 제2이동체(192)는 선택 이동체(120)를 중심으로 대칭으로 배치된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 로봇 시스템(100)은 선택 이동체(120), 제1이동체(191) 및 제2이동체(192)를 내부에 수용하는 캡슐(170)을 포함한다. 본 실시예에 따르면 캡슐(170)의 머리부에는 장기 내부를 촬영할 수 있는 카메라(180)가 부착된다.

캡슐(170)에는, 캡슐(170)의 길이방향으로 형성되는 복수의 제1노출공(171)이 구비된다. 본 실시예에서 제1노출공(171)의 개수는 제1다리(141) 및 제2다리(161)의 개수와 동일하다.

도 3은 제1다리(141)가 제1노출공(171)을 통해 캡슐(170) 외부로 노출된 모습을 도시하는 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1다리(141) 및 제2다리(161)는 펼쳐졌을 때 제1노출공(171)을 통해 캡슐(170) 밖으로 노출되고(도 3의 제1다리(141) 참조), 접혀졌을 때는 캡슐(170) 안으로 수용된다(도 3의 제2다리(161) 참조). 또한, 제1다리(141)는 캡슐(170) 밖으로 노출되는 단부가 캡슐(170)의 전방에서 후방 방향을 향하도록 형성되며, 제2다리(161)는 캡슐(170) 밖으로 노출되는 단부가 캡슐(170)의 후방에서 전방 방향을 향하도록 형성된다.

본 실시예에 따르면, 선택 이동체(120)는 샤프트(112)와 나사체결되므로, 모터(111)에 의해 샤프트(112)가 회전하면 선택 이동체(120)가 샤프트(112)를 따라 전후진 직선운동한다. 이때, 선택 이동체(120)가 샤프트(112)의 회전에 의해 회전하지 않고 샤프트(112)를 따라 이동하도록 하기 위해서는 선택 이동체(120)의 회전이 구속되어야 한다.

도 4는 도 2의 절개선(A-A)을 따라 절개한 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)의 회전을 구속하기 위해서, 캡슐(170)의 내주면에는 캡슐(170)의 길이방향으로 회전방지돌기(172)가 연장형성되고, 선택 이동체(120)의 외주면에는 회전방지돌기(172)와 맞물리는 요홈(123)이 선택 이동체(120)의 길이방향으로 형성된다. 이와 같은 구조에 의해 선택 이동체(120)는 샤프트(112)의 회전에 의해 전후진 직선운동만 할 뿐, 샤프트(112)를 중심으로 회전하지 않는다.

반면, 상술한 바와 같이 제1이동체(191)의 중공부(131) 및 제2이동체(120)의 중공부(151)의 외주면에는 나사산이 형성되어 있지 않다. 따라서, 제1이동체(191) 및 제2이동체(120)는 샤프트(120)의 회전에 영향을 받지 않는다. 즉, 모터(111)가 샤프트(120)를 회전시키면, 선택 이동체(120)만이 샤프트(112)를 따라 직선운동하게 되고, 제1이동체(191) 및 제2이동체(192)는 샤프트(112)의 회전에 의해 운동하지 않는다. 다만, 제1이동체(191) 및 제2이동체(192)가 그 중심을 관통하고 있는 샤프트(112)의 회전력의 영향을 받아 샤프트(112) 상에서 자유회전하는 것을 방지하기 위하여, 제1이동체(191) 및 제2이동체(192)의 외주면에는 각각 상기 회전방지돌기(172)와 맞물리는 키홈이 제1이동체(191) 및 제2이동체(192)의 길이방향으로 형성될 수도 있다.

본 실시예에 따르면, 로봇 시스템(100)의 전후진 양방향 구동을 위해서, 샤프트(112)를 따라 전후진 양방향으로 운동하는 선택 이동체(120)가 제1이동체(191) 또는 제2이동체(192)에 선택적으로 결합한다. 구체적으로 로봇 시스템(100)의 전진 이동시에는 선택 이동체(120)가 제1이동체(191)에 결합하여 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)가 샤프트(112)를 따라 함께 직선 운동하며, 로봇 시스템(100)의 후진 이동시에는 선택 이동체(120)가 제2이동체(192)에 결합하여 선택 이동체(120)와 제2이동체(192)가 샤프트(112)를 따라 함께 직선 운동한다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 로봇 시스템의 전후진 양방향 구동원리에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 실시예에 따른 로봇 시스템(100)의 전진 구동을 단계적으로 도시한 개념도이고, 도 6은 본 실시예에 따른 로봇 시스템(100)의 후진 구동을 단계적으로 도시한 개념도이다.

먼저, 도 5를 참조하여, 로봇 시스템(100)의 전진 구동 원리에 대해서 설명한다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 로봇 시스템(100)의 전진 구동을 위하여 선택 이동체(120)가 샤프트(112)를 따라 제1이동체(191) 쪽(실선 화살표 방향)으로 이동한다. 선택 이동체(120)가 이동하여 제1이동체(191)와 접촉하면, 선택 이동체(120)는 제1이동체(191)와 결합한다.

다음으로, 도 5b와 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1다리(141)가 펼쳐져 캡슐(170) 밖으로 노출된다. 노출된 제1다리(141)는 장기(200) 내벽을 지지한다(도 5c 참조).

이와 같은 상태에서, 도 5d에 도시된 바와 같이 선택 이동체(120)가 우측 방향으로 이동한다. 이때, 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)는 서로 결합되어 있으며, 제1이동체(191)의 제1다리(141)가 장기(200) 내벽을 지지하고 있는 상태이다. 따라서, 선택이동체(120)와 제1이동체(191)는 제자리에 정지한 상태로 있게 되며, 선택이동체(120)에 작용하는 힘의 반작용으로 캡슐(170) 전체가 앞으로 전진하게 된다(점선 화살표 방향). 이때, 선택이동체(120)의 후면부가 제2이동체(192)와 결합되지 않도록 선택이동체(120)의 위치를 제어한다.

도 5d와 같이 캡슐(170)이 전진한 상태에서, 도 5e에 도시된 바와 같이 제1다리(141)가 접혀서 캡슐(170) 내부로 수용한다. 제1다리(141)가 접혀진 상태에서 도 5f에 도시된 바와 같이 선택 이동체(120)가 좌측방향(실선 화살표 방향)으로 이동한다. 이때, 제1다리(141)는 접혀져 캡슐(170) 안으로 수용된 상태이므로, 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)는 캡슐(170) 내부에서 아무런 저항 없이 좌측 방향으로 전진이동한다.

로봇 시스템(100)을 장기(200) 내부에서 계속 전진이동시키고자 할 때는 도 5b 내지 도 5f에 도시된 과정을 반복적으로 수행한다. 로봇 시스템(100)을 더이상 전진시키지 않거나, 후진시키고자 할 때는 도 5g에 도시된 바와 같이 선택 이동체(120)가 제1이동체(191)로부터 분리된다.

이하, 도 6을 참조하여, 로봇 시스템(100)의 후진 구동 원리에 대해서 설명한다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 로봇 시스템(100)의 후진 구동을 위하여 선택 이동체(120)가 샤프트(112)를 따라 제2이동체(192) 쪽(실선 화살표 방향)으로 이동한다. 선택 이동체(120)가 이동하여 제2이동체(192)와 접촉하면, 선택 이동체(120)는 제2이동체(192)와 결합한다.

다음으로, 도 6b와 도 6c에 도시된 바와 같이, 제2다리(161)가 펼쳐져 캡 슐(170) 밖으로 노출된다. 노출된 제2다리(161)는 장기(200) 내벽을 지지한다(도 6c 참조).

이와 같은 상태에서, 도 6d에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)가 우측 방향으로 이동한다. 이때, 선택 이동체(120)와 제2이동체(192)는 서로 결합되어 있고, 제2이동체(192)의 제2다리(161)가 장기(200) 내벽을 지지하고 있는 상태이다. 따라서, 선택이동체(120)와 제2이동체(192)는 제자리에 정지한 상태로 있게 되며, 선택이동체(120)에 작용하는 힘의 반작용으로 캡슐(170) 전체가 뒤로 후진하게 된다(점선 화살표 방향). 이때, 선택이동체(120)의 전면부가 제1이동체(191)와 결합되지 않도록 선택이동체(120)의 위치를 제어한다.

도 6d와 같이 캡슐(170)이 전진한 상태에서, 도 6e와 같이 제2다리(161)가 접혀서 캡슐(170) 내부로 수용한다. 제2다리(161)가 접혀진 상태에서 도 6f에 도시된 바와 같이 선택 이동체(120)가 다시 우측방향(실선 화살표 방향)으로 이동한다. 이때, 제2다리(161)는 접혀져 캡슐(170) 안으로 수용된 상태이므로, 선택 이동체(120)와 제2이동체(192)는 캡슐(170) 내부에서 아무런 저항 없이 후진이동한다.

로봇 시스템(100)을 장기 내부에서 계속 후진 이동시키고자 할 때는 도 6b 내지 도 6f에 도시된 과정을 반복적으로 수행하면 된다. 로봇 시스템(100)을 더이상 후진시키지 않거나, 전진시키고자 할 때는 도 6g에 도시된 바와 같이 선택 이동체(120)가 제2이동체(192)로부터 분리된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 로봇 시스템(100)은 선택 이동체(120)와, 제1이동체(191) 및 제2이동체(192)가 탈부착되는 동작, 그리고 제1다리(141) 및 제2다리(161)가 접철되는 동작을 제어하여 전후진 구동한다. 시스템의 소형화 및 에너지 효율 향상을 위해 본 실시예에 따른 로봇 시스템(100)은 기계적인 링크 매커니즘을 이용해 상기와 같은 탈부착 동작 및 접철 동작을 수행한다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)를 서로 탈부착하기 위한 구성 및 제1이동체(191)의 제1다리(141)를 접철하기 위한 구성을 설명한다.

도 7은 본 실시예에 따른 선택 이동체(120)의 사시도이다.

도 7을 참조하면, 선택 이동체(120)는, 선택 이동체(120)의 전방으로 연장형성되는 제1걸림핀(301) 및 선택 이동체(120)의 후방으로 연장 형성되는 제2걸림핀(302)을 포함한다. 또한, 선택 이동체(120)는, 선택 이동체(120)의 전방으로 형성되는 제1탄성체(303) 및 선택 이동체(120)의 후방으로 형성되는 제2탄성체(304)를 포함한다. 본 실시예에 따르면, 상기 제1탄성체(303) 및 제2탄성체(304)는 코일형 스프링이다.

도 8은 본 실시예에 따른 제1이동체(191)의 분리 사시도이다.

도 8을 참조하면, 제1이동체(191)의 내부 실린더(130)의 외주면에는 원주방향을 따라 복수의 다리걸림홈(132)이 형성된다. 다리걸림홈(132)은 제1다리(141)의 일부를 수용하기 위한 공간을 확보하는 역할을 한다. 본 실시예에 따르면, 다리걸림홈(132)은 수직으로 파여 들어가 그 저면이 평탄하도록 형성된다.

외부 실린더(140)의 외주면에는 제1다리(141)가 소정의 회전각도로 회전될 수 있도록 제1다리(141)의 회전방향으로 요홈(146)이 형성되고, 와이어(145)가 안 치되도록 외주면에 요입 형성된 힌지홈(143)이 형성된다. 또한, 제1다리(141)의 일부가 내부 실린더(130)의 다리걸림홈(132) 내로 수용되도록 요홈(146)의 내측 일부면이 관통된 제2노출공(142)이 형성된다. 다리걸림홈(132)과 제2노출공(142)은 서로 정렬되도록 배치된다. 제2노출공(142)은 캡슐(170)의 제1노출공(171)(도 1 참조)과 서로 정렬되도록 배치되어, 제1다리(141)가 캡슐(170)의 제1노출공(171)을 통해 캡슐(170) 외부로 펼쳐질 수 있도록 한다.

제1다리(141)에 형성된 힌지공(144)을 하나의 와이어(145)로 관통하고, 제1다리(141)의 일부가 외부 실린더(140)의 제2노출공(142)을 관통하도록 삽입한 뒤, 와이어(145)를 외부 실린더(140)의 힌지홈(143)에 안치시킴으로써 복수의 제1다리(141)가 외부 실린더(140)에 결합된다. 이와 같은 구조를 통해, 제1다리(141)는 외부 실린더(140)의 각각의 요홈(146)에 회동 가능하게 힌지 고정된다.

제2노출공(142)으로 관통하여 삽입된 제1다리(150)의 일부분은 외부 실린더(140)의 중앙부에 설치된 내부 실린더(130)의 다리걸림홈(132)에 수용된다. 따라서, 내부 실린더(130)의 이동 방향에 따라 다리걸림홈(132)이 제1다리(141)의 단부를 간섭하여 걸림으로써 제1다리(141)가 펼쳐지거나 접혀진다.

한편, 내부 실린더(130)의 중공부(131)의 외주면에는 핀걸림홈(133)이 형성된다(도 1 참조). 제1이동체(191)의 핀걸림홈(133)에는 선택 이동체(120)의 제1걸림핀(301)이 맞물린다.

제1이동체(191)와 선택 이동체(120)는, 제1걸림핀(301)이 제1이동체(191)의 핀걸림홈(133)에 맞물림으로써 결합되고, 제1걸림핀(301)이 제1이동체(191)의 핀걸 림홈(133)으로부터 분리됨으로써 분리된다.

도 9a는 제1걸림핀(301)이 제1이동체(191)의 핀걸림홈(133)과 결합되는 모습을 도시한 개념도이고, 도 9b는 제1걸림핀(301)이 제1이동체(191)의 핀걸림홈(133)과 분리되는 모습을 도시한 개념도이다.

도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 핀걸림홈(133)은 제1걸림핀(301)이 안착되는 결합부(210), 결합부(210)로의 핀의 진입로를 형성하는 입구부(220) 및 핀의 출로를 형성하는 출구부(230)를 포함한다.

도 9a에 도시된 바와 같이, 제1이동체(191)와 선택 이동체(120)가 결합될 때 제1걸림핀(301)은 입구부(220)로 진입하여 결합부(210)에 안착된다. 반대로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 제1이동체(191)와 선택 이동체(120)의 분리시에는 결합부(210)에 안착된 제1걸림핀(301)이 출구부(230)를 통해 인출된다.

이하, 도 10a 내지 도 10i를 참조하여, 상기와 같은 구성에 의한 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)가 서로 탈부착되는 동작 및, 제1다리(141)가 접철되는 동작의 원리를 설명한다. 도 10a 내지 도 10i는 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)의 탈부착 동작 및 제1다리(141)의 접철 동작 원리를 단계적으로 도시하는 개념도이다.

먼저 도 10a에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)를 제1이동체(191) 방향(좌측방향)으로 이동시킨다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)를 제1이동체(191) 방향(좌측방향)으로 최대한 이동시키면, 제1이동체(191)의 후면부에 접촉한 제1탄성체(303)가 수축하면서 제1걸림핀(301)이 입구부(220)를 통해 핀걸림 홈(133)으로 진입한다.

다음으로, 도 10c에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)를 우측방향으로 이동시키면, 제1걸림핀(301)이 결합부(210)에 안착되어, 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)의 내부 실린더(130)에 결합된다. 이때, 선택 이동체(120)를 우측 방향으로 계속 이동시키면, 내부 실린더(130)가 선택 이동체(120)와 함께 우측으로 이동하게 된다. 내부 실런더(130)가 우측으로 이동함에 따라, 다리걸림홈(132)의 상측벽이 제1다리(141)의 단부를 우측으로 밀게 되며, 다리걸림홈(132)의 간섭에 의해 제1다리(141)가 펼쳐진다.

도 10d에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)가 계속 우측 방향으로 이동하면 제1다리(141)가 최대 각도로 펼쳐지며 장기(200) 내벽을 지지한다. 이때, 도 10e에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)를 계속 우측 방향으로 이동시키면 캡슐(170) 전체가 좌측 방향으로(점선 화살표 방향으로) 전진하게 된다(도 5d 참조).

도 10f에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)를 좌측 방향으로 이동시키면, 제1탄성체(303)가 1걸림핀(301)이 핀걸림홈(133)으로부터 이탈하지 않도록 지지한다. 따라서, 선택 이동체(120)에 의해 내부 실린더(130)가 좌측 방향으로 이동한다. 내부 실린더(130)가 좌측 방향으로 이동함에 따라서, 다리걸림홈(132)의 하측벽이 제1다리(141)를 밀어 제1다리(141)가 접히기 시작한다.

도 10g에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)를 좌측 방향으로 계속 이동시키면, 제1다리(141)는 완전히 접히게 된다. 제1다리(141)가 완전히 접힌 상태에서 선택 이동체(120)를 좌측 방향으로 계속 이동시키면, 내부 실린더(130)가 외부 실 린더(140)를 밀어 좌측 방향으로 이동시킨다. 결과적으로, 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)가 캡슐(170) 내에서 동시에 좌측 방향으로 전진 이동한다.

도 10h에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)가 캡슐(170)의 머리부 끝까지 이동한 상태에서 선택 이동체(120)를 계속해서 좌측 방향으로 이동시키면, 제1탄성체(303)가 압축되고 제1걸림핀(301)이 출구부(230)로 이동한다.

이때, 도 10i에 도시된 바와 같이, 선택 이동체(120)를 다시 우측방향으로 이동시키면, 제1걸림핀(301)이 핀걸림홈(133)으로부터 빠져나오게 되어, 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)가 서로 분리된다.

상술한 바와 같이, 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)는 제1걸림핀(301)과 핀 걸림홈(133)이 서로 결합 또는 분리됨에 따라서 결합 또는 분리된다. 따라서, 세스템이 원하는 제어에 따라 제대로 동작하기 위해서는 제1걸림핀(301)과 핀 걸림홈(133)의 결합 또는 분리 동작이 일정하게 수행되도록 할 필요가 있다.

본 실시예에 따르면, 제1걸림핀(301)과 핀걸림홈(133)의 결합 또는 분리가 일정하게 수행되도록 하기 위해서, 제1걸림핀(301)이 입구부(220)를 통해서만 핀걸림홈(133)을 진입하여 결합부(210)에 안착되고, 제1걸림핀(301)이 출구부(230)를 통해서만 핀걸림홈(133)으로부터 빠져나올 수 있도록 핀걸림홈(133)을 형성한다.

구체적으로 본 실시예에 따른 핀걸림홈(133)은 여러 층의 단차를 가지도록 형성된다. 도 11은 본 실시예에 따른 핀걸림홈(133)의 형상을 나타내는 사시도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 입구부(220)는 제1걸림핀의 핀걸림홈(133)으로의 진입 경로를 형성하는 제1입구로(221)와, 결합부(210)로의 진입경로를 형성하는 제2입구로(222)로 이루어진다. 출구부(220)는 제1걸림핀이 결합부(210)로부터 이탈하는 인출경로를 형성하는 제1출구로(231)와, 핀걸림홈(133)으로부터의 인출경로를 형성하는 제2출구로(232)로 이루어진다.

도 11에 도시된 바와 같이, 제1입구로(221)와 제2입구로(222)의 경계에는 단차(241)이 형성되어 있으며, 제2입구로(222)와 제1출구로(231)의 경계에도 단차(242)가 형성되어 있다. 또한, 제1출구로(231)와 제2출구로(232)의 경계에는 단차(243)이 형성되어 있으며, 제2출구로(232)와 제1입구로(221)의 경계에도 단차(244)가 형성되어 있다.

다시 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 핀걸림홈(133)으로 진입하는 제1걸림핀(301)은 단차(244)에 의해 제2출구로(232)를 통해 진입하지 못하고, 제1입구로(221)를 통해 진입한다. 또한, 제2입구로(222)로 진입한 제1걸림핀(301)은 단차(241)로 인해 다시 제1입구로(221)로 역행하지 못하고, 제2입구로(222)를 따라서 결합부(210)에 안착된다(도 10b 및 도 10c 참조). 같은 원리에 의해 결합부(210)에 안착되었던 제1걸림핀(301)은 진입했던 경로로 역행하지 않고, 제1출구로(231)와 제2출구로(232)를 순차적으로 경유하여 핀걸림홈(133)으로부터 분리된다.

본 실시예에 따르면 상기와 같이 단차가 형성된 핀걸림홈(133)을 따라 제1걸림핀(301)이 이동할 수 있게 하기 위해서, 제1걸림핀(301)은 그 말단부가 상하 좌우로 구부러질 수 있도록 탄성을 가진다. 다만, 제1걸림핀(301)은 일정한 강성을 가져서, 제1걸림핀(301)이 결합부(210)에 안착된 상태에서는 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)가 결합관계를 견고하게 유지할 수 있다.

이상에서, 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)가 서로 탈부착되는 동작 그리고, 제1다리(141)가 접철되는 동작이 수행되도록 하는 구성 및 원리에 대해서 설명하였다.

본 실시예에서 제1이동체(191)와 제2이동체(192)는 그 구성이 동일하다. 선택 이동체(120)의 제2걸림핀(302)과 제2이동체(192)에 형성된 핀걸림홈과의 결합 또는 분리 관계, 그리고 제2이동체(192)의 제2다리(161)의 접철을 위한 구성 및 동작은 상술한 내용과 동일한 원리로 이루어진다는 것이 당업자에게 충분히 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 그 구체적인 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐형 마이크로로봇 시스템(100)의 분리 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐형 마이크로로봇 시스템(100)의 조립 사시도이다.

도 3은 제1다리(141)가 제1노출공(171)을 통해 캡슐(170) 외부로 노출된 모습을 도시하는 사시도이다.

도 4는 도 2의 절개선(A-A)을 따라 절개한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템(100)의 전진 구동을 단계적으로 도시한 개념도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템(100)의 후진 구동을 단계적으로 도시한 개념도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택 이동체(120)의 사시도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1이동체(191)의 분리 사시도이다.

도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1걸림핀(301)이 제1이동체(191)의 핀걸림홈(133)과 결합되는 모습을 도시한 개념도이다.

도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1걸림핀(301)이 제1이동체(191)의 핀걸림홈(133)과 분리되는 모습을 도시한 개념도이다.

도 10a 내지 도 10i는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템(100)의 선택 이동체(120)와 제1이동체(191)의 탈부착 동작 및 제1다리(141)의 접철 동작 원리를 단계적으로 도시하는 개념도이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 핀걸림홈(133)의 형상을 나타내는 사시도이다.

Claims

소정의 축을 따라 전후진 직선 운동하는 선택 이동체;

상기 선택 이동체를 운동시키는 구동수단;

상기 선택 이동체의 전방에 배치되는 제1이동체;

상기 선택 이동체의 후방에 배치되는 제2이동체;

상기 제1이동체와 접철 가능하게 결합되는 제1다리; 및

상기 제2이동체와 접철 가능하게 결합되는 제2다리를 포함하고,

상기 선택 이동체는 상기 제1이동체 및 상기 제2이동체와 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제1항에 있어서,

상기 로봇의 전진 이동시 상기 선택 이동체는 상기 제1이동체에 결합되어 상기 제1이동체를 상기 축을 따라 직선 운동시키고,

상기 로봇의 후진 이동시 상기 선택 이동체는 상기 제2이동체에 결합되어 상기 제2이동체를 상기 축을 따라 직선 운동시키는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제2항에 있어서,

상기 선택이동체는 상기 선택이동체의 전방으로 연장형성되는 제1걸림핀 및 상기 선택이동체의 후방으로 연장형성되는 제2걸림핀을 포함하고,

상기 제1이동체 및 상기 제2이동체에는 각각 상기 제1걸림핀 및 상기 제2걸림핀이 결합 또는 분리되는 핀걸림홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제3항에 있어서,

상기 핀걸림홈은 상기 걸림핀이 안착되는 결합부, 상기 결합부로의 진입로를 형성하는 입구부 및 상기 결합부로부터의 출로를 형성하는 출구부를 포함하고,

상기 걸림핀은 상기 입구부로 진입하여 상기 결합부에 안착되어 상기 핀걸림홈에 결합되고, 상기 결합부에 안착된 상기 걸림핀은 상기 출구부를 통해 인출되어 상기 핀걸림홈으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제4항에 있어서,

상기 입구부, 상기 결합부 및 상기 출구부의 경계에는 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제5항에 있어서,

상기 입구부는 상기 걸림핀이 상기 핀걸림홈으로 진입하는 경로를 형성하는 제1입구로 및 상기 걸림핀이 상기 결합부로 진입하는 경로를 형성하는 제2입구로를 포함하고,

상기 출구부는 상기 걸림핀이 상기 결합부로부터의 인출되는 경로를 형성하는 제1출구로 및 상기 걸림핀이 상기 핀걸림홈으로부터 인출되는 경로를 형성하는 제2출구로를 포함하며,

상기 제1입구로 및 상기 제2입구로의 경계와 상기 제1출구로 및 상기 제2출구로의 경계에는 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제6항에 있어서,

상기 선택이동체는 상기 선택이동체의 전방으로 형성되는 제1탄성체 및 상기 선택이동체의 후방으로 형성되는 제2탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제7항에 있어서,

상기 제1탄성체 및 제2탄성체는 코일형 스프링인 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제8항에 있어서,

상기 선택 이동체, 제1이동체 및 제2이동체를 내부에 수용하는 캡슐을 더 포 함하고,

상기 캡슐은 상기 캡슐의 길이방향으로 형성된 제1노출공을 구비하며,

상기 제1다리 및 상기 제2다리는 펼쳐지면 상기 제1노출공을 통해 상기 캡슐 밖으로 노출되고, 접혀지면 상기 캡슐 안으로 수용되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제9항에 있어서,

상기 구동수단은 모터와, 상기 캡슐의 길이방향으로 형성되어 상기 모터에 의해 회전하는 샤프트를 포함하고,

상기 선택이동체, 제1이동체 및 제2이동체의 중앙부에는 중공부가 관통 형성되어,

상기 샤프트가 상기 선택이동체, 제1이동체 및 제2이동체를 관통하여 결합되는 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제10항에 있어서,

상기 샤프트의 외주면에는 나사산이 형성되고,

상기 선택이동체의 중공부의 외주면에는 상기 샤프트의 나사산에 체결되는 나사산이 형성되어,

상기 샤프트와 상기 선택 이동체는 서로 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제11항에 있어서,

상기 선택이동체의 외주면에는 상기 캡슐의 길이 방향으로 제1요홈이 형성되고, 상기 캡슐의 내주면에는 상기 제1요홈과 맞물리는 회전방지돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제12항에 있어서,

상기 제1이동체 및 상기 제2이동체의 외주면에는 상기 회전방지돌기와 맞물리는 키홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제13항에 있어서,

상기 제1다리 및 상기 제2다리는 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제14항에 있어서,

상기 제1다리는 상기 캡슐의 전방에서 후방 방향을 향하도록 형성되고,

상기 제2다리는 상기 캡슐의 후방에서 전방 방향을 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제15항에 있어서,

상기 제1이동체 및 제2이동체는 각각 상기 중공부가 형성되어 상기 샤프트 상에 결합되는 내부 실린더와, 상기 내부 실린더를 감싸도록 결합되는 외부 실린더를 포함하고,

상기 내부 실린더의 외주면에는 복수의 다리걸림홈이 형성되고,

상기 외부 실린더의 외주면에는 상기 캡슐의 길이 방향으로 복수의 제2노출공이 관통 형성되며,

상기 다리걸림홈과 상기 제2노출공은 서로 정렬되도록 배치되고,

상기 제1다리 및 상기 제2다리는 각각 상기 제1이동체 및 제2이동체의 제2노출공의 위치에 대응되는 위치에 배치되어 상기 외부 실린더에 힌지 고정되어,

상기 내부 실린더의 이동 방향에 따라 상기 다리걸림홈에 상기 다리가 간섭되어 걸림으로써 펼쳐지거나 접혀지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제16항에 있어서,

상기 핀걸림홈은 상기 내부 실린더에 형성되어,

상기 선택 이동체는 상기 제1이동체의 내부 실린더 및 상기 제2이동체의 내부 실린더와 선택적으로 결합 또는 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제17항에 있어서,

상기 핀걸림홈은 상기 내부 실린더의 상기 중공부의 외주면에 형성되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제18항에 있어서,

상기 캡슐의 제1노출공과, 상기 외부실린더의 제2노출공은 서로 정렬되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.
제19항에 있어서,

상기 캡슐의 머리부에는 카메라가 장착되는 것을 특징으로 하는 캡슐형 마이크로 로봇 양방향 구동 시스템.