KR20110056438A

KR20110056438A - 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇

Info

Publication number: KR20110056438A
Application number: KR1020090110022A
Authority: KR
Inventors: 김한식
Original assignee: 김한식
Priority date: 2009-11-14
Filing date: 2009-11-14
Publication date: 2011-05-30

Abstract

본 발명은 내부가 빈 몸통 외부에 섬모를 배치하고 캡슐 내시경 로봇의 외부에 조립하고 압전, 전자석 등과 같은 진동 발생 수단으로 앞뒤의 왕복 진동을 발생캐 하여 섬모 방향성에 의하여 미끄러짐 진행과 걸림 정지로 인하여 한쪽 방향으로 전진하는 캡슐 내시경 로봇이 구현되어 더욱 빠르게 더욱 정밀하게 소장을 비롯한 대장까지 샅샅이 정밀한 영상을 얻을 수 있다.

무인로봇, 마이크로 캡슐로봇

Description

진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇{ vibration occurrence is robot ciliary movement utilization propulsion}

본 발명은 캡슐 내시경 로봇의 몸통의 외부에 섬모가 한쪽 방향으로 뉘어 배열 되어 다수 구성된 섬모 추진 통을 조립하고 몸통과 섬모추진 통에 압전 수정진동자, 또는 전자석과 같은 수단으로 진동을 발생시켜 미세한 이동거리를 만들어 섬모가 미세하게 전진과 정지를 반복함으로써 캡슐 내시경 로봇은 전진할 수 있는 것으로 몸통 주위에 일 방향으로 배치되어 있는 섬모들의 작용으로 추진되는 로봇으로 초소형으로 만들면 인체의 내부, 더 정확하게는 장내 시경검사, 혈관검사 할 때 사용하는 캡슐형 마이크로 로봇을 만들 수 있으며 더 작게는 혈관의 노폐물을 제거하거나 필요한 부위에 정확히 필요한 약물을 운반하는 나노로봇을 만들 수 있다. 조금 크게 하면 어린이 장난감을 만들 수 있을 뿐만 아니라 작은 동굴이나 돌발, 나무가 많은 숲에서 유리하게 사용할 수 있다. 종래의 바퀴나 무한 쾌도 방식의 구동방식은 좁은 굴이나, 돌발, 나무나 풀이 많은 곳에서는 전진 구동이 쉽지 않아 목적하는 임무를 수행하지 못한다. 그러나 본 발명의 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇은 오히려 주변에 걸림돌이 있으면 그것을 이용하여 더욱 쉽게 직진하는 구동력을 발휘할 수 있다.

양쪽의 통신장비와 영상장치를 구비한 무인 로봇의 개발이 본격화되고 일부 각 현장에서 사용되고 있으며 군대에서 사용하는 장비는 주로 바퀴나 무한 쾌도 방식으로 이동하면서 지뢰를 탐지하고 적을 탐지하며 폭탄을 찾아 폭파하여 해체하는 작업까지도 수행하고 있다. 가정에서는 주로 바퀴 달린 로봇으로 현재는 주로 청소로봇으로 활용하고 있으며 마이크로형으로는 장 내시경검사에 캡슐형태로 하여 입을 통하여 삼키면 장의 소화 운동에 따라 같이 움직이는 것으로 약 8시간 정도 지나 몸 밖으로 배출되며 1초에 약 2장의 사진을 찍을 수 있는 유용한 장비이다. 하지만, 사용자의 의도대로 조종을 하여 목적하는 바로 조종을 할 수 없는 단점이 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술내용은, 인체의 각 내장기관의 일정하지 않은 조건의 통로에서보다 빠르고 더욱 정밀하게 제어하는 것이며 환경이 좋지않은 곳, 즉 요철이 심한 곳, 좁고 통로가 긴 곳, 나무나 풀이 많은고, 물이나 습지, 갯벌과 같은 곳의 바퀴 수단으로는 이동하기가 어려운 곳에서 쉽게 이동할 수 있는 수단을 강구하는 것이다.

본 발명은 캡슐 내시경 로봇의 몸통의 외부에 섬모가 한쪽 방향으로 뉘어 배열되어 다수 구성된 섬모추진 통을 조립하고 몸통과 섬모추진 통에 압전 수정진동자, 또는 전자석과 같은 수단으로 진동을 발생시켜 미세한 이동거리를 만들어 섬모가 미세하게 전진과 정지를 반복하는 기술로 해결하였다.

본 발명의 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇을 마이크로 로봇으로 만들면 의료용 나노로봇, 캡슐형 내시경 로봇을 만들 수 있고 크게 하면 습지, 산간, 갯벌, 돌산, 등 악조건의 환경에서 사용할 수 있는 군장비를 만들 수도 있으며 더욱 크게 하면 사람이 탈 수 있는 탈것으로 하여 악조건에서 사용할 수 있는 군장비를 만들 수 있다.

이하 본 발명의 구성과 실시예를 첨부된 도면에 따라서 상세히 설명하면 다 음과 같다. 도 1에서 캡슐내시경(10)은 그 내부에 카메라모듈, 송수신모듈, 조명장치, 전지수단, 데이터모듈 등 캡슐 내시경의 로봇으로 입속으로 집어넣는 수단이다. 캡슐 내시경 로봇은 한국의 (주)인트로메딕을 포함하여 이스라엘의 (주)기븐이메이징, 중국의 오므오므제품, 일본의 (주)올림푸스사등이 제품을 자체 개발하여 시판을 주도하고 있으며 특히 한국과 일본에서 주도적으로 이루어지고 있다. 이들의 캡슐 내시경 로봇의 크기는 약 지름 10mm내외에 기장은 약 25mm의 내외이다. 고통 없이 쉽게 내시경검사를 할 수 있는 캡슐 내시경 로봇의 최대 약점은 자체 추진장치가 없어 8시간이나 되는 긴 여정의 인체 소화활동에 따른 신체 대사에 흐름에 맞추어 내장에서 움직이며 약 1초에 2장 내지 3장의 이미지 영상 자료를 취한다. 그러나 사람의 각 내장 기관은 그 지름이 작은 부위가 있고 큰 부위가 있으며 또한 돌기들이 많이 있고 구불구불하게 생겼다. 더구나 사람이 직장에서 자기 볼 일을 보면서 사용하는 것으로 작은 운동량을 갖게 되는데 종래 캡슐 내시경은 내장의 지름이 작은 부위에서는 정체가 길기 때문에 같은 곳의 사진을 반복적으로 많이 찍으면서 에너지와 영상 자료의 데이터가 불필요하게 커지는 단점이 있으며, 또한 내려가는 내장기관이며, 그곳의 지름이 클 경우 영상 자료를 얻기 전에 중력으로 밑으로 떨어지면서 지나쳐 버리기 때문에 중용한 임무를 하지 못하는 폐단을 낳는다. 따라서 상기에 언급한 종래의 캡슐 내시경 로봇은 신뢰할 수 있는 내시경 검사를 할 수 있다 할 수 없으며 자칫 오진으로 이어져 중요한 생명을 잃을 수 있는 출발점이 될 수 있다. 본 발명은 종래 캡슐 내시경의 단점을 보완하기 위하여 종래 캡슐 내시경이 전진을 할 수 있으며 전진의 속도를 제어할 수 있고 넓은 곳에서도 중력으로 쉽게 밑으로 떨어지지 않게 할 수 있으며 전 구간의 내시경 검사를 30분 내외로 마칠 수 있도록 시간을 단축하면서도 모든 구간의 영상 자료를 얻기 때문에 신뢰성이 높은 캡슐 내시경 로봇으로 거듭날 수 있는 추진, 정지 기술이다. 본 발명에서 캡슐내시경(10)은 종래의 캡슐 내시경의 기능에다 걸림턱(13)을 경계로 후면부(12)의 방향으로 전면부(11)보다 지름이 작은 이동몸통부(14)를 가지며 조명수단, 카메라 모듈의 렌즈가 구비된 전면부(11)의 외부 둘레에는 섬모수단(15)이 다수 배열되어 있으며 그 각도는 후면부(12)방향으로 뉘어져 90도 이하의 각도를 가지며 바람직한 각도는 약 70도가 좋다. 또한 후면부(12)에 압전기판(40)을 전기적, 전자적으로 구성된 탄성체(30)가 고정되는바 압전기판(40)이 진동 구동할 때 탄성체(30)가 같이 구동될 수 있도록 후면부(12)에 고정부(31)외에 나머지 부분은 간섭받지 않도록 고정된다. 압전기판(40)의 다른 한쪽에는 진동로드(50)가 접합 구비되어 돌기 형태로 구비되어 섬모추진통(20)의 연결고정부(27)에 고정되어 섬모추진통(20)의 섬모수단(25)에 진동을 전달해 주는 역할을 한다. 도 2에서 섬모추진통(20)은 원통형의 통수 단의 외부 둘레에 추진수단으로 사용되는 섬모수단(25)이 다수 배열되어 있으며 그 각도는 섬모수단(15)과 같으며 전면개시부(21)방향에서 후면부(22)방향으로 갈수록 섬모수단(25)의 길이가 길을 수 있거나 또는 같을 수 있으며 때에 따라서는 작을 수도 있다. 뿐만 아니라 큰 섬모 수단 사이에 그보다 작은 섬모를 구비할 수 있다. 섬모추진통(20)의 내부에는 내부공간부(23)가 마련되며 한쪽에는 전면개시부(21)로 열려있고 반대쪽에는 후면부(22)로 닫혀있으며 후면부(22)의 닫아 있는 모양은 원구 모양이든 평평하든 상관없다. 다만, 본 발명에서는 원구 모양으로 도시하였으며 그 끝 부의 중심에 연결고정부(27)의 작은 구멍을 구비하였다. 전면개시부(21)를 통하여 내부공간부(23)의 안에는 캡슐내시경(10)의 이동몸통부(14)가 조립된다. 도 3은 섬모추진통(20)의 전면개시부(21)를 통하여 내부공간부(23)에 캡슐내시경(10)을 조립하는 과정의 도면이며 도 4와 같이 진동로드(50)의 끝 부를 후면부(22)의 연결고정부(27)에 접착제, 용접수단 등으로 고정한다. 이동몸통부(14)의 지름과 내부공간부(23)의 지름에는 약간의 공차가 있어 이동몸통부(14)가 내부공간부(23)에서 앞, 뒤로 미세하게 움직일 때 마찰이 크게 일어나지 않으며 또한 헐겁지 않아 크게 흔들리지 않는 정도의 여유 공차를 가진다. 또한, 본 발명에서 도시하지 않았지만 이동몸통부(14)가 내부공간부(23)의 안에서 원통의 둘레 방향으로 돌지 않도록 하기 위하여 가이드 수단의 요철수단, 돌기 수단 등으로 가이드를 만들 수 있으며 또한 빠지지 않도록 앞, 뒤의 미세진동에 간섭을 주지 않는 고정 돌기나 핀을 사용하여 고정할 수 있다. 조립하였을 때 유동부(a)는 압전기판(40)의 진동 폭에 대하여 간섭받지 않을 정도의 여유 공간이 마련돼야 하며 그 크기는 매우 작다. 본 발명에서는 이해를 쉽게 도모하기 위하여 탄성체(30), 압전기판(40)의 진동 폭을 조금 크게 도시하여 설명하였으며 그에 따라 섬모추진통(20)의 진동에 따른 이동경로를 크게 하여 설명되며 유동부(a)의 도 역시 마찬가지이다. 도 4에서 압전기판(40)에 목적에 따라 컨트롤 된 전기를 인가하면 압전기판(40)은 진폭을 가지며 진동을 하는데 도 5와 같이 압전기판(40)이 진동을 할 때 압전기판(40)의 진폭만큼 진동로드(50)가 이동하게 되며 연결고정부(27)에 고정된 섬모추진통(20)이 이동하게 되며 섬모추진통(20)의 이동작용에 따른 반작용으로 캡슐내시경(10)도 이동하지만 섬모추진통(20)의 외부에 마련된 섬모수단(25)이 끝 부가 인체의 표피의 강력한 마찰력으로 고정되기 때문에 캡슐내시경(10)이 압전기판(40)의 진폭만큼 움직이게 되며 캡슐내시경(10)에 마련된 섬모수단(15)은 그 각도로 인해 자기 탄성으로 휘어지면서 전진을 할 수 있다. 도 6과 같이 압전기판(40)에 인가된 전기가 반전되면 압전기판(40)은 반대로 휨을 가져 진폭을 가지며 이때 캡슐내시경(10)과 섬모추진통(20)은 압전기판(40)의 진폭만큼 잡아당기려 하지만 캡슐내시경(10)의 섬모수단(15)의 끝 부가 인체의 표피에 걸려 고정되기 때문에 섬모추진통(20)의 섬모수단(25)은 자체 탄성으로 휨을 가져 당겨지게 되어 결과적으로 압전기판(40)의 진동에 따라 캡슐내시경(10)을 밀고 섬모추진통(20)을 당기는 식으로 빠르게 전진할 수 있다. 도 7의 구성은 상기 구성에서 진동로드(50)를 캡슐내시경(10)의 후면부(12)의 한 부분에 고정하고 압전기판(40)을 구비한 탄성체(30)를 섬모추진통(20)의 후면부(22)에 고정한 것으로 상기와 같은 동작을 할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 도시하지 않았지만 고정자석과, 전자석, 전자석과, 전자석의 전기 작용으로 인한 진동 수단을 압전기판(40)의 대용으로 똑같이 사용할 수 있음을 밝혀둔다.

도 1은 캡슐내시경(10)의 전면부(11)의 외부 둘레에 섬모수단(15)을 보인 도면.

도 2는 섬모추진통(20)의 내부공간부(23)에 압전기판(40)의 구성을 보인 단면도.

도 3은 섬모추진통(20)의 내부공간부(23)에 캡슐내시경(10)을 조립하는 과정도.

도 4는 캡슐내시경(10)에 섬모추진통(20)을 조립하여 보인 일부 단면도.

도 5는 도 4에서 압전기판(40)을 구동하여 캡슐내시경(10)과 섬모추진통(20)의 미세한 이동에 따른 진동 효과를 보인 도면.

도 6은 도 5에서 압전기판(40)을 반대 방향으로 구동시켜 캡슐내시경(10)과 섬모추진통(20)의 미세한 이동에 따른 진동 효과를 보인 도면.

도 7은 압전기판(40)을 고정한 탄성체(30)를 섬모추진통(20)의 후면부(22)에 고정하고 압전기판(40)에 고정된 진동로드(50)를 캡슐내시경(10)의 후면부(12)에 고정하여 보인 일부 단면도.

도 8은 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇의 외관도.

<도면의 각 부분에 대한 부호설명>

캡슐내시경(10) 전면부(11)

후면부(12) 걸림턱(13)

이동몸통부(14) 섬모수단(15)

섬모추진통(20) 전면개시부(21)

후면부(22) 내부공간부(23)

섬모수단(25) 연결고정부(27)

탄성체(30) 고정부(31)

압전기판(40) 진동로드(50)

유동부(a)

Claims

섬모추진통(20)은 원통형의 통수 단의 외부 둘레에 추진수단으로 사용되는 섬모수단(25)이 다수 배열되어 있으며 그 각도는 섬모수단(15)과 같으며 전면개시부(21)방향에서 후면부(22)방향으로 갈수록 섬모수단(25)의 길이가 길을 수 있거나 또는 같을 수 있으며 때에 따라서는 작을 수도 있으며, 뿐만 아니라 큰 섬모 수단 사이에 그보다 작은 섬모를 구비할 수 있고, 섬모추진통(20)의 내부에는 내부공간부(23)가 마련되며 한쪽에는 전면개시부(21)로 열려있고 반대쪽에는 후면부(22)로 닫혀있으며, 후면부(22)의 닫아 있는 모양은 원구 모양이든 평평할 수 있고, 그 끝 부의 중심에 연결고정부(27)의 작은 구멍을 구비되며, 전면개시부(21)를 통하여 내부공간부(23)의 안에는 캡슐내시경(10)의 이동몸통부(14)를 조립할 수 있는 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇
캡슐내시경(10)의 걸림턱(13)을 경계로 후면부(12)의 방향으로 전면부(11)보다 지름이 작은 이동몸통부(14)를 가지며 조명수단, 카메라 모듈의 렌즈가 구비된 전면부(11)의 외부 둘레에는 섬모수단(15)이 다수 배열되어 있으며 그 각도는 후면부(12)방향으로 70도 이상의 각도와 90도 이하의 각도의 사이에서 뉘어져 구비된 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇.
후면부(12)에 압전기판(40)을 전기적, 전자적으로 구성된 탄성체(30)가 고정되는바 압전기판(40)이 진동 구동할 때 탄성체(30)가 같이 구동될 수 있도록 후면부(12)에 고정부(31)외에 나머지 부분은 간섭받지 않도록 고정되며, 압전기판(40)의 다른 한쪽에는 진동로드(50)가 접합 구비되어 돌기 형태로 구비되어 섬모추진통(20)의 연결고정부(27)에 고정되어 섬모추진통(20)의 섬모수단(25)에 진동을 전달해 주는 역할을 하는 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇.
섬모추진통(20)의 전면개시부(21)를 통하여 내부공간부(23)에 캡슐내시경(10)을 조립할 수 있으며, 진동로드(50)의 끝 부를 후면부(22)의 연결고정부(27)에 접착제, 용접수단 등으로 고정할 수 있으며, 이동몸통부(14)의 지름과 내부공간부(23)의 지름에는 약간의 공차가 있어 이동몸통부(14)가 내부공간부(23)에서 앞, 뒤로 미세하게 움직일 때 마찰이 크게 일어나지 않으며 또한, 헐겁지 않아 크게 흔들리지 않는 정도의 여유 공차를 가질 수 있고, 이동몸통부(14)가 내부공간부(23)의 안에서 원통의 둘레 방향으로 돌지 않도록 하기 위하여 가이드 수단의 요철수단, 돌기 수단 등으로 가이드를 만들 수 있으며, 또한 빠지지 않도록 앞, 뒤의 미세진동에 간섭을 주지 않는 고정 돌기나 핀을 사용하여 고정할 수 있는 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇.
압전기판(40)에 목적에 따라 컨트롤 된 전기를 인가하면 압전기판(40)은 진폭을 가지며 진동을 하며, 압전기판(40)이 진동을 할 때 압전기판(40)의 진폭만큼 진동로드(50)가 이동하게 되며, 연결고정부(27)에 고정된 섬모추진통(20)이 이동하게 되며 섬모추진통(20)의 이동작용에 따른 반작용으로 캡슐내시경(10)도 이동하지만 섬모추진통(20)의 외부에 마련된 섬모수단(25)이 끝 부가 인체의 표피의 강력한 마찰력으로 고정되기 때문에 캡슐내시경(10)이 압전기판(40)의 진폭만큼 움직이게 되며 캡슐내시경(10)에 마련된 섬모수단(15)은 그 각도로 인해 자기 탄성으로 휘어지면서 전진을 할 수 있는 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇.
압전기판(40)에 인가된 전기가 반전되면 압전기판(40)은 반대로 휨을 가져 진폭을 가지며 이때 캡슐내시경(10)과 섬모추진통(20)은 압전기판(40)의 진폭만큼 잡아당기려 하지만 캡슐내시경(10)의 섬모수단(15)의 끝 부가 인체의 표피에 걸려 고정되기 때문에 섬모추진통(20)의 섬모수단(25)은 자체 탄성으로 휨을 가져 당겨지게 되어 결과적으로 압전기판(40)의 진동에 따라 캡슐내시경(10)을 밀고 섬모추진통(20)을 당기는 식으로 빠르게 전진할 수 있는 진동을 발생시켜 섬모를 이용하여 추진되는 로봇.