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KR101092462B1 - 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템 - Google Patents

세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템 Download PDF

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KR101092462B1
KR101092462B1 KR1020090091121A KR20090091121A KR101092462B1 KR 101092462 B1 KR101092462 B1 KR 101092462B1 KR 1020090091121 A KR1020090091121 A KR 1020090091121A KR 20090091121 A KR20090091121 A KR 20090091121A KR 101092462 B1 KR101092462 B1 KR 101092462B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microrobot
axis
drilling
precession
pair
Prior art date
Application number
KR1020090091121A
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English (en)
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KR20110033573A (ko
Inventor
박종오
박석호
김주현
Original Assignee
전남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 마이크로로봇의 방향 및 3차원 위치제어, 마이크로로봇의 회전을 통한 드릴링이 가능할 수 있도록 제어하는 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템에 관한 것으로, 회전자계를 발생시키는 코일 시스템과 이를 이용하여 나사형태의 마이크로로봇이 이동하고, 드릴링하는 구조에 새로운 세차운동을 추가하므로 마이크로로봇의 안정적인 위치제어뿐만 아니라 드릴링이 가능하여 인체에 확장 적용할 시 혈관 내 자유로운 이동뿐만 아니라 막힌 부분을 드릴링하여 뚫는 의료적 기기로서의 역할을 할 수 있도록 드릴링의 성능을 향상시키는 새로운 방법의 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템은, x축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제1헬름홀츠코일; y축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제2헬름홀츠코일; z축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제3헬름홀츠코일; 및 상기 헬름홀츠코일(Helmholtz Coil)의 쌍을 이용하여 x축, y축, z축의 3차원 전자기 구동장치 공간상에 존재하는 나사 모양의 마이크로로봇을 원하는 구간까지 이동하게 되는 것을 포함하여, 영구자석을 내포하는 마이크로로봇이 진행방향 이동중 막힌 부분에서는 회전운동에 세차운동을 결합한 전류를 입력하여 줌으로써 드릴링 작업을 용이하게 수행하는 것을 포함하여 구성된다.
세차운동, 마이크로, 로봇, 혈관, 코일, 헬름홀츠, 자화, 자성, 전자기장, 영구자석, 드릴링, 나사산

Description

세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템{Drilling microrobot system using rotational electromagnetic field with precession motion}
본 발명은 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 마이크로로봇의 방향 제어와 회전을 통하여 3차원 위치제어가 가능하고, 마이크로로봇의 회전을 통한 효과적인 드릴링이 가능할 수 있도록 제어하는 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템에 관한 것으로, 회전자계를 발생시키는 코일 시스템과 이를 이용하여 나사형태의 마이크로로봇을 회전운동을 통하여 이동시키고, 단순 축방향 회전을 통한 드릴링에 새로운 세차운동을 추가하므로 마이크로로봇의 안정적이고 효과적인 드릴링이 가능하여 인체에 확장 적용할 시 혈관 내 자유로운 이동뿐만 아니라 막힌 부분을 드릴링하여 뚫는 의료적 기기로서의 역할을 할 수 있도록 드릴링의 성능을 향상시키는 새로운 방법의 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전자기를 이용한 마이크로로봇의 구동 시스템은, 기본적인 전자석 같은 방향으로 전류가 흐르는 헬름홀츠코일 (Helmholtz Coil)의 쌍을 x축, y축, z축의 공간상에 수직하게 배치하게 된다. 공간적인 배치를 위하여 사각의형태로 제작되었다.
즉, 종래의 전자기 구동 마이크로로봇 구동모듈은 헬름홀츠코일(Helmholtz Coil, 100)이 쌍으로 이루어져 있으며 코일모듈을 x축, y축, z축을 중심으로 수직하게 배치되어 있다.
일반적으로 헬름홀츠코일(13)은 균일한 자기장을 발생시키고 이러한 헬름홀츠코일 세 쌍의 수직한 배치와 전류조절을 통하여 일정방향으로 회전하는 자기장을 구현할 수 있어서 내부에 축방향에 수직하게 영구자석을 포함하고 있는 마이크로로봇이 회전자기장을 따라 회전하게 된다.
이때 마이크로로봇의 외부에 나사산이 존재하면 유체와 나사산과의 관계에 의해 추력이 발생되어 마이크로로봇이 자기장의 회전축 방향으로 이동하게 되는 것이다.
종래의 전자기 구동 마이크로로봇 구동 모듈의 회전자계를 이용한 드릴링 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이 나사모양의 마이크로로봇을 회전시켜 이동하면서 드릴링을 수행하도록 되어 있다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 회전자계의 발생을 위해 각 헬름홀츠코일(100) 축에 인가되는 전류의 형태에 대해 나타내고 있다. 일단 나사산 모양의 마이크로로봇(110)에 내부에 축방향과 수직하게 자화된 영구자석(200)이 포함 되어 있어서 회전자계를 따라 마이크로로봇이 회전하게 된다.
또한, 공간구동을 통하여 원하는 방향 (alpha, beta)을 중심으로 회전하는 회전자계를 구성하도록 주어진 식과 같이 전류를 인가하면 나사산 모양의 마이크로로봇(110)이 그 축을 중심으로 회전하게 된다.
위의 식은 로봇의 회전을 만들기 위한 각 코일에 넣어주는 전류의 파형을 나타내는 것으로 마이크로로봇(110)을 X-Y-Z축에서 alpha, beta각을 갖는 방향으로 정렬되어 회전시키고자 할 때 각 축의 코일에 가해주어야 하는 전류의 파형 식이다.
그러나 이러한 드릴링 방법의 경우 축방향의 회전만 있기 경우 뚫고자 하는 재질에 따라 잘 뚫지 못하는 경우가 많이 발생되고, 또한 어느 정도 뚫다가 재질과 나사모양의 마이크로로봇 사이의 마찰력에 의해 꽉 끼워져 움직이지 않게 되는 경우도 발생된다.
따라서 혈관 내에서 만성완전협착과 같이 막힌지 오래되어 석회화되어 딱딱한 경우에 이 방법으로 막힌 곳을 뚫기가 용이하지 않다는 제한점을 가지고 있다.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 회전운동과 세차운동을 주기 위해 구성되어진 코일과 전체 제어 시스템으로 마이크로로봇의 방향 및 3차원 위치제어, 영구자석의 세차운동에 따라 마이크로로봇의 회전을 통한 드릴링이 가능할 수 있도록 제어하는 3차원 전자기 구동장치를 구현함으로써, 마이크로로봇의 안정적인 위치제어뿐만 아니라 드릴링이 가능하여 인체에 확장 적용할 시 혈관 내 자유로운 이동뿐만 아니라 막힌 부분을 드릴링하여 뚫는 의료적 기기로서의 역할을 할 수 있도록 하는 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템를 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템은, x축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제1헬름홀츠코일; y축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제2헬름홀츠코일; z축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제3헬름홀츠코일; 및 상기 헬름홀츠코일(Helmholtz Coil)의 쌍을 이용하여 x축, y축, z축의 3차원 전자기 구동장치 공간상에 존재하는 나사 모양의 마이크로로봇을 원하는 구간까지 이동하게 되는 것을 포함하여, 영구자석을 내포하는 마이크로로봇이 진행방향 이동중 막힌 부분에서는 회전운동에 세차운동을 결합한 전류를 입력하여 줌으로써 드릴링 작업을 용이하게 수행하는 것 을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 마이크로로봇은, 나사 형태의 나사산으로 이루어진 몸체의 전방에 뽀족한 드릴 툴을 형성하고, 내부에 축과 수직하게 배치되는 영구자석이 내포되는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게, 상기 마이크로로봇은, 3차원 전자기 구동장치 상에 존재하는 영구자석을 구비한 마이크로로봇의 전방측으로 고정되는 드릴 툴의 회전축을 중심으로 마이크로로봇의 후방은 축을 둘레로 회전하여 일점을 뚫는 세차운동으로 이동중에 회전하게 되는 것을 특징으로 한다.
삭제
상술한 바와 같은 본 발명은, 마이크로로봇의 방향 및 3차원 위치제어 및 마이크로로봇의 축 회전을 통한 드릴링이 동시에 가능하다는 이점이 있다.
아울러, 회전자계를 발생시키는 코일 시스템과 이를 이용하여 나사형태의 마이크로로봇이 이동하고 드릴링하는 구조에 새로운 세차운동을 추가함으로써 드릴링의 성능을 향상되어 세차운동을 포함하는 회전형 마이크로로봇에 의해 막힌 부분을 효과적으로 뚫을 수 있는 효과가 있으므로 매우 유용한 발명인 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
x축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제1헬름홀츠코일;
y축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제2헬름홀츠코일;
z축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제3헬름홀츠코일; 및
상기 헬름홀츠코일(Helmholtz Coil)의 쌍을 이용하여 x축, y축, z축의 3차원 전자기 구동장치 공간상에 존재하는 나사 모양의 마이크로로봇을 원하는 구간까지 이동하게 되는 것을 포함하여,
영구자석을 내포하는 마이크로로봇이 진행방향 이동중 막힌 부분에서는 회전운동에 세차운동을 결합한 전류를 입력하여 줌으로써 드릴링 작업을 용이하게 수행하는 것을 특징으로 하는 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템을 제공함으로써 달성하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의하여 상세하게 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 헬름홀츠코일의 기본 구성을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템은 마이크로로봇(110)의 회전을 통한 드릴링이 가능할 수 있도록 제어하는 회전자계를 발생시키는 코일 시스템과 이를 이용하여 나사형태의 마이크로로봇(110)이 이동하고, 드릴링하는 구조에 새로운 세차운동을 추가하므로 마이크로로봇(110)의 안정적인 위치제어뿐만 아니라 드릴링이 가능하여 인체에 확장 적용할 시 혈관 내 자유로운 이동뿐만 아니라 막힌 부분을 드릴링하여 뚫는 의료적 기기로서의 역할을 할 수 있도록 드릴링의 성능을 향상시키는 것이다.
이러한, 상기 마이크로로봇(110)의 회전운동과 세차운동을 가능하게 하는 코일 시스템은 먼저, 마이크로로봇(110)이 존재하게 되는 3차원 전자기 구동장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, x, y, z축 공간상에 임의의 공간을 중심으로 하여 설치되는 헬름홀츠코일(100)의 쌍으로 구성된다.
이때, 상기 임의의 공간은 마이크로로봇(MCRB, 110)의 활동 범위에 준하는 공간이고, 상기 공간을 중심으로 쌍으로 구성된 헬름홀츠코일(100)이 배치된다.
이때, 상기 헬름홀츠코일(100)은 마이크로로봇(110)의 추진력을 제공하기 위한 코일이다.
아울러, 상기 헬름홀츠코일(110)의 제1헬름홀츠코일(HC1), 제2 헬름홀츠코일(HC2), 제3헬름홀츠코일(HC3)에 대하여 설명하도록 한다.
상기 헬름홀츠코일(HC1)은 x축을 중심으로 고정설치되어 한 쌍으로 구성되고, 상기 제2헬름홀츠코일(HC2)은 y축을 중심으로 고정설치되어 한 쌍으로 구성되며, 상기 제3헬름홀츠코일(HC3)은 z축을 중심으로 고정설치되어 한 쌍으로 구성된다.
이때, 제1헬름홀츠코일(HC1)보다 제2헬름홀츠코일(HC2)을 반경을 작게하여 상기 제2헬름홀츠코일(HC2)이 상기 제1헬름홀츠코일(HC1)의 내측에 위치되고, 제2헬름홀츠코일(HC2)보다 제3헬름홀츠코일(HC3)을 반경을 작게하여 상기 제3헬름홀츠코일(HC3)이 상기 제2헬름홀츠코일(HC2)의 내측에 위치된다.
즉, 제1헬름홀츠코일(HC1)의 사이로 임의의 공간을 확보하고, 상기 제1헬름홀츠코일(HC1)의 사이로 설치되되 상기 공간을 중심으로 대향되도록 제2헬름홀츠코일(HC2)을 구성하며, 상기 제2헬름홀츠코일(HC2)의 사이로 설치되되 상기 공간(S)을 중심으로 대향되도록 제3헬름홀츠코일(HC3)을 구성할 수 있으며, 제2헬름홀츠코일(HC2)은 제1헬름홀츠코일(HC1)보다 소형화된 구조로 제1헬름홀츠코일(HC1)의 안측 공간에 설치될 수 있고, 제3헬름홀츠코일(HC3)은 제2헬름홀츠코일(HC2)보다 소형화된 구조로 제2헬름홀츠코일(HC2)의 안측 공간에 설치될 수 있으며, 이는, 본 발명의 실시예로서 구현된 것으로, 도시된 바와 다르게 제1헬름홀츠코일(HC1), 제2헬름홀츠코일(HC2) 및 제3헬름홀츠코일(HC3)의 직경을 다르게 설정할 수 있는 것이고, 이는 제1헬름홀츠코일(HC1), 제2헬름홀츠코일(HC2) 및 제3헬름홀츠코일(HC3)로 인가되는 전류량에 의해 전자기장을 제어하는 것으로, 제1헬름홀츠코일(HC1), 제2 헬름홀츠코일(HC2) 및 제3헬름홀츠코일(HC3)에 권취되는 코일의 턴 수와 공급 전류량에 따라 전자기장을 제어하기 때문에, 제1헬름홀츠코일(HC1), 제2헬름홀츠코일(HC2) 및 제3헬름홀츠코일(HC3)의 크기를 결정하는 것은 본 발명의 요지를 벗어날 것이다.
상술한 바와 같이, 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HC1), 한 쌍의 제2헬름홀츠코일(HC2), 한 쌍의 제3헬름홀츠코일(HC3)의 전류 방향은 각각 동일하고 각 코일의 전류의 크기를 조절하므로 원하는 방향을 중심으로 회전하는 자기장을 생성시킬 수 있으며, 따라서 내부에 영구자석(114)을 포함하고 있는 마이크로로봇(MCRB, 110)을 3차원의 원하는 방향으로 축회전이 가능하도록 한다.
즉, 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HC1)은 상기 마이크로로봇(110)의 유동 방향을 x축으로 지정하고, 상기 한 쌍의 제2헬름홀츠코일(HC2)은 상기 마이크로로봇(110)의 유동 방향을 y축으로 지정하며, 상기 한 쌍의 제3헬름홀츠코일(HC3)은 상기 마이크로로봇(110)의 유동 방향을 z축으로 지정한다.
이는 상호 대향되는 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HC1), 한 쌍의 제2헬름홀츠코일(HC2), 한 쌍의 제3헬름홀츠코일(HC3) 사이의 전자기장의 방향을 정의해 줌으로써, x축, y축 및 z축 방향의 전자기장을 토대로 마이크로로봇(110)의 정렬 방향을 x, y, z축으로 이루어진 3D 공간상으로 설정하는 것이다.
예컨대, x축과 이루는 각이 30°, y축과 이루는 각이 40°, z축과 이루는 각이 50°인 방향으로 상기 마이크로로봇(110)의 정렬 방향을 결정하고자 한다면, 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HC1), 한 쌍의 제2헬름홀츠코일(HC2), 한 쌍의 제3헬 름홀츠코일(HC3)에 인가되는 전류의 크기를 각각 제어함에 따라 상기 마이크로로봇(110)의 정렬 방향을 결정할 수 있는 것이다.
한편, 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HC1), 한 쌍의 제2헬름홀츠코일(HC2), 한 쌍의 제3헬름홀츠코일(HC3)에 인가되는 전류의 크기를 각각 제어하면, 상기 마이크로로봇(110)의 정렬 방향을 결정뿐만 아니라 제자리에서 입체회전이 가능하게 한다.
이때, 상기 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HC1), 한 쌍의 제2헬름홀츠코일(HC2), 한 쌍의 제3헬름홀츠코일(HC3)으로 이루어진 헬름홀츠코일 (Helmholtz Coil)(100)의 쌍을 x축, y축, z축의 3차원 전자기 구동장치 공간상에 존재하는 나사 모양의 마이크로로봇(110)을 원하는 구간까지 이동하게 하면서 상기 마이크로로봇(110)이 진행방향 이동중 막힌 부분에서는 회전운동에 세차운동을 결합한 전류를 입력하여 줌으로써 드릴링 작업을 용이하게 수행하는 것이다.
이같이, 상기 마이크로로봇(MCRB, 110)의 정렬 방향을 결정된 상태에서, 도 5에 도시한 바와 같이 3축 코일시스템이 수직하게 위치되어 구성되어있고, 나사형태의 마이크로로봇(110)은 내부에 축과 수직하게 배치된 영구자석(114)과 외부에 나사산이 존재하고 앞부분에 드릴 툴(112)이 구성되어 상기 마이크로로봇(110)의 진행방향을 기준축의 전방 드릴 툴(112)은 막힌 부분에 고정되면서 후방은 드릴 툴(112)의 축을 둘레로 회전하여 막히 부분의 일점을 뚫는 마이크로로봇(110)이 세차운동으로 회전하여 드릴링 작업을 하게 된다.
더 구체적으로 도 4에 도시한 바와 같이, 회전운동과 세차운동을 주기 위한 세차운동을 가지는 회전자계를 발생시켜 이동 및 드릴링을 하는 마이크로로봇 시스템의 구성도로 중앙에 사각형태의 쌍으로 구성된 헬름홀츠코일(100) 시스템이 존재하고 내부에 나사모양의 마이크로로봇(110)이 존재하게 된다.
그리고, 상기 마이크로로봇(110)의 위치를 파악하기 위해 영상시스템이 존재하고 이를 통해 마이크로로봇(110)의 위치를 파악하게 된다.
상기 마이크로로봇(110)의 위치가 파악되면 이를 통해 회전운동을 통해 나선형 마이크로로봇(110)을 원하는 구간까지 이동하게 된다.
그리고, 이동과 함께 막힌 부분에서는 회전운동에 세차운동을 결합한 전류를 입력하여 줌으로써 드릴링 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 중앙에 사각형태의 쌍으로 구성된 헬름홀츠코일(100) 시스템이 존재하고 내부에 나사모양에 마이크로로봇(110)이 존재하여 회전자계에 의한 마이크로로봇(110)의 회전에 세차운동을 포함한 것으로 마이크로로봇(110)이 원하는 방향으로 정렬되어 회전함과 더불어 theta의 크기로 세차운동을 갖는다는 것을 알 수 있다.
이렇게 마이크로로봇(110)의 회전운동에 세차운동을 포함하기 위해 각 코일의 인가되는 코일의 전류에 대해 도 2에 언급되어 있다. 기존의 회전운동을 위한 전류인가에서 alpha와 beta값을 theta를 포함하는 값으로 변경하면 세차운동을 발생시킨다. 여기에서 theta는 세차운동이 일어날 때의 크기이다.
그리고 여기에서 omega_2는 세차운동의 주파수로 만약 회전자계의 주파수 omega_1과 세차운동의 주파수인 omega_2가 같다면 회전 주파수와 세차운동의 주파 수를 동일하게 할 수 있다.
그러나 omega_1과 Omega_2가 같지 않다면 회전 운동과 세차운동의 주파수가 일치하지 않게 된다.
여기서, 도 6에 도시한 식은 마이크로로봇(110)의 회전에 세차운동을 일으키기 위해 도 3의 식에서 변형되어 입력해 주어야 하는 전류의 파형 식이다.
즉, 앞에서의 alpha와 beta를 도 6에서의 식으로 준다면 단순히 정렬된 방향으로 회전만 하는 것이 아니라 theta각을 가지고 세차운동을 하면서 회전하게 되는 것이다.
여기서, omega1은 회전운동의 주파수이고 omega2는 세차운동의 주파수이다.
결론적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 세차운동에 따른 드릴링(drilling) 성공률을 도시한 도면으로 세차운동을 통해 드릴링 성능이 얼마나 향상되었는지를 보여주는 표이다. 드릴링하는 재료로 젤 형태의 한천(agar)를 이용하여 관을 막고 이를 뚫는 작업을 수행하였다.
다양한 회전주파수에 대해 세차운동의 크기에 따라 한천(agar)의 막힌 곳을 뚫는 성공률을 확인하였다.
결과적으로 세차운동이 없는 경우(0도의 경우)에 비해 30도 정도의 세차운동을 포함한 회전운동을 하는 마이크로로봇이 한천(agar)로 막힌 곳을 잘 뚫는 것을 확인할 수 있다.
즉, 세차운동을 하는 마이크로로봇은 낮은 주파수에서도 세차운동에 의해 막힌 곳을 뚫는 효과를 증대됨을 보여주는 것이다.
상술한 바와 같이, 쌍의 헬름홀츠코일(100)에 인가되는 전류의 크기를 제어함으로써, 상기 마이크로로봇(MCRB, 110)의 진행방향을 결정하고, 상기 마이크로로봇(110)의 폭에서 축 방향과 수직한 영구자석(114)에 의해 세차회전(드릴링)이 가능하게 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 종래의 전자기 구동 마이크로로봇 구동 모듈의 회전자계를 이용한 드릴링 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 종래의 마이크로로봇의 회전을 만들기 위한 각 코일에 넣어주는 전류의 파형을 나타낸 도면.
도 3은 헬름홀츠코일의 기본 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템의 회전운동과 세차운동을 주기 위해 구성되어진 코일과 전체 제어 시스템을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템의 세차운동하는 마이크로로봇을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템의 마이크로로봇의 회전에 세차운동을 일으키기 위해 변형되어 입력해 주어야 하는 전류의 파형 식을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템의 세차운동에 따른 드릴링 성공률을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
HC1:제1헬름홀츠코일
HC2:제2헬름홀츠코일
HC3:제3헬름홀츠코일
100:헬름홀츠코일
110:마이크로로봇
112:드릴 툴
114:영구자석

Claims (4)

  1. 나사 모양의 마이크로로봇에 회전자계를 발생시키기 위한 같은 방향으로 전류가 흐르는 헬름홀츠코일 (Helmholtz Coil)의 쌍을 x축, y축, z축의 공간상에 수직하게 배치하여 마이크로로봇의 추진력을 제공하는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템에 있어서,
    x축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제1헬름홀츠코일(HC1);
    y축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제2헬름홀츠코일(HC2);
    z축을 중심으로 고정설치되는 한 쌍의 제3헬름홀츠코일(HC3); 및
    상기 헬름홀츠코일(Helmholtz Coil)(100)의 쌍을 이용하여 x축, y축, z축의 3차원 전자기 구동장치 공간상에 존재하는 나사 모양의 마이크로로봇(110)을 원하는 구간까지 이동하게 되는 것을 포함하여,
    영구자석(114)을 내포하는 마이크로로봇(110)이 진행방향 이동중 막힌 부분에서는 회전운동에 세차운동을 결합한 전류를 입력하여 줌으로써 드릴링 작업을 용이하게 수행하는 것을 특징으로 하는 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로로봇(110)은,
    나사 형태의 나사산으로 이루어진 몸체의 전방에 뽀족한 드릴 툴(112)을 형성하고, 내부에 축과 수직하게 배치되는 영구자석(114)이 내포되는 것을 특징으로 하는 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로로봇(110)은,
    3차원 전자기 구동장치 상에 존재하는 영구자석(114)을 구비한 마이크로로봇(110)의 전방측으로 고정되는 드릴 툴(112)의 회전축을 중심으로 마이크로로봇(110)의 후방은 축을 둘레로 회전하여 일점을 뚫는 세차운동으로 이동중에 회전하게 되는 것을 특징으로 하는 세차운동을 가지는 회전자계를 이용한 드릴링 마이크로로봇 시스템.
  4. 삭제
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