본 발명은 마이크로로봇 구동용 모바일 장치에 관한 것으로서, 특히 마이크로로봇을 구동하고 인체 내 위치를 인식할 수 있는 마이크로로봇 구동용 모바일 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a mobile device for driving a microrobot, and more particularly, to a mobile device for driving a microrobot capable of driving a microrobot and recognizing its location within a human body.
인체 내 마이크로 로봇을 인체 외부에서 구동하기 위한 전자기장 장치들이 개발되고 있다. 인체 내 시술 목적에 따라 유선 또는 무선의 마이크로 로봇이 활용되고 있으며, 전자기장 장치를 통해 자기장의 방향과 크기를 제어하며 마이크로 로봇을 구동하는 기술들이 알려진 바 있거나 개발 중에 있다.Electromagnetic field devices are being developed to drive microrobots inside the human body from outside the human body. Depending on the purpose of the procedure inside the human body, wired or wireless microrobots are being used, and technologies for driving microrobots by controlling the direction and size of magnetic fields through electromagnetic field devices are known or are under development.
연구 및 개발되어지고 있는 로봇암을 이용한 캡슐내시경 구동장치는 상용화된 산업용 로봇암을 이용하고 있으므로, 전체적인 구동장치의 부피가 크며 매우 무겁다. 캡슐내시경 구동을 위한 로봇암 제어 및 전자기장 제어는 별개의 전용 컨트롤러와 소프트웨어를 이용하여 간접적인 형태로 제어하는 방식이 대부분이다. 경량화된 로봇암 End-effector에 조이스틱을 장착하여 구동하는 방식이 개발되고 있으나, 구 형태의 영구자석만을 이용하여 캡슐내시경을 구동하고 있다.The capsule endoscope drive device using a robot arm that is being researched and developed uses a commercialized industrial robot arm, so the overall drive device is large in volume and very heavy. Most of the robot arm control and electromagnetic field control for capsule endoscope drive are indirectly controlled using separate dedicated controllers and software. A method of driving by mounting a joystick on a lightweight robot arm end-effector is being developed, but the capsule endoscope is driven only using a spherical permanent magnet.
상용화된 산업용 로봇암을 이용한 캡슐내시경 구동장치는 주변 장치들과 통합하여 하나의 시스템으로 제작하기 어렵다는 문제점이 있으며, 소형화 및 경령화가 곤란하므로 실제 의료 현장에서 활용되기 어렵다는 한계점이 존재한다. 의료 목적의 캡슐내시경 검사는 인체를 대상으로 사용하므로, 산업용 로봇을 이용하는 방식의 구동장치는 조작 미숙 등의 비교적 간단한 사유에도 인체에 직접적인 위해를 가하는 결과를 가져올 수 있다. 따라서, 보다 안전하고 정확한 검사를 위해 인체 내에 위치한 캡슐내시경을 사용자가 직관적으로 제어할 수 있는 장비가 필요하다.The capsule endoscope drive device using a commercialized industrial robot arm has the problem that it is difficult to integrate with peripheral devices and manufacture it as a single system, and there is a limitation that it is difficult to use in actual medical settings because it is difficult to make it miniaturized and lightweight. Since capsule endoscope examinations for medical purposes use the human body as the target, the drive device using an industrial robot can result in direct harm to the human body even for relatively simple reasons such as lack of skill in operation. Therefore, equipment that allows the user to intuitively control the capsule endoscope located inside the human body is required for safer and more accurate examinations.
기존 경량화된 로봇암을 이용한 캡슐내시경 구동 장치의 경우 영구자석만을 이용한 구동방식을 사용하고 있으므로, 캡슐내시경의 위치인식을 위해서는 별도의 추가적인 장치가 필요하다. 또한, 기존에 개발된 캡슐내시경 운용을 위한 장비는 캡슐내시경의 위치인식, 수동제어, 능동 제어 및 자율 운용 방식을 단일 시스템에서 모두 구현하고 있지 않다.In the case of the existing capsule endoscope drive device using a lightweight robot arm, since the drive method using only permanent magnets is used, a separate additional device is required for capsule endoscope position recognition. In addition, the existing equipment for capsule endoscope operation does not implement the position recognition, manual control, active control, and autonomous operation method of the capsule endoscope in a single system.
따라서, 위와 같은 문제점을 해결할 수 있는 마이크로로봇 구동용 모바일 장치가 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is a demand for a mobile device for driving microrobots that can solve the above problems.
본 발명은 능동 캡슐내시경 검사용 핸드그립형 컨트롤러 기반 마이크로로봇 구동용 모바일 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a mobile device for driving a microrobot based on a handgrip controller for active capsule endoscopy.
또한, 본 발명은 5자유도 전자기장 구동과 위치 인식을 동시에 수행하고, 패시브 구동, 원격 구동, 및 자율 구동을 제공하고자 한다.In addition, the present invention aims to simultaneously perform five-degree-of-freedom electromagnetic field actuation and position recognition, and to provide passive actuation, remote actuation, and autonomous actuation.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전자기장을 생성하여 자성물체를 5자유도(5Degrees of Freedom, 5DOF)로 구동시키고, 5자유도의 자성물체 위치를 인식하는 영전자석부; 상기 영전자석부를 지지하고, 상기 영전자석부를 고정 또는 이동시키는 로봇틱 암; 상기 영전자석부 또는 상기 로봇틱 암과 결합되되, 상기 영전자석부를 원하는 위치로 이동시키기 위해 상기 로봇틱 암을 제어하는 버튼이 구비된 핸드그립형 컨트롤러; 및 상기 로봇틱 암이 고정되는 몸체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized by including: an electromagnet unit that generates an electromagnetic field to drive a magnetic object with 5 degrees of freedom (5DOF) and recognizes the position of the magnetic object with 5 degrees of freedom; a robotic arm that supports the electromagnet unit and fixes or moves the electromagnet unit; a handgrip type controller that is coupled to the electromagnet unit or the robotic arm and has a button that controls the robotic arm to move the electromagnet unit to a desired position; and a body to which the robotic arm is fixed.
바람직하게는, 상기 영전자석부는, 자성물체에서 발생하는 자기장을 홀 센서 어레이 모듈을 이용하여 검출하고, 검출된 자기장을 5자유도 위치화 수식(5 DoF Inverse model)을 활용하여 위치정보로 변환할 수 있다.Preferably, the electromagnet section can detect a magnetic field generated from a magnetic object using a Hall sensor array module, and convert the detected magnetic field into position information using a 5-degree-of-freedom positioning formula (5 DoF Inverse model).
바람직하게는, 상기 영전자석부는, 제1하이브리드 전자석 모듈; 및 제2하이브리드 전자석 모듈;을 포함하고, 제1하이브리드 전자석 모듈은, 제1영구자석을 포함하는 제1자성체, 및 제1자성코어 및 제1자성코어에 권취되는 제1와이어를 포함하는 제1전자석을 포함하고, 제2하이브리드 전자석 모듈은, 제2영구자석을 포함하는 제2자성체, 및 제2자성코어 및 제2자성코어에 권취되는 제2와이어를 포함하는 제2전자석을 포함하고, 제1하이브리드 전자석 모듈과 제2하이브리드 전자석 모듈은 제1하이브리드 전자석 모듈의 중심축과 제2하이브리드 전자석 모듈의 중심축이 교차하여 교차점을 형성하도록 배치될 수 있다.Preferably, the electromagnet section includes a first hybrid electromagnet module; and a second hybrid electromagnet module; wherein the first hybrid electromagnet module includes a first magnetic body including a first permanent magnet, and a first electromagnet including a first magnetic core and a first wire wound around the first magnetic core, and the second hybrid electromagnet module includes a second magnetic body including a second permanent magnet, and a second electromagnet including a second magnetic core and a second wire wound around the second magnetic core, and the first hybrid electromagnet module and the second hybrid electromagnet module can be arranged such that a central axis of the first hybrid electromagnet module and a central axis of the second hybrid electromagnet module intersect to form an intersection point.
바람직하게는, 상기 로봇틱 암은, 하나 이상의 관절과 하나 이상의 연결부를 포함하여, 상기 영전자석부를 3차원 상에서 자유롭게 이동시킬 수 있다.Preferably, the robotic arm comprises one or more joints and one or more connecting parts, and is capable of freely moving the electromagnet part in three dimensions.
바람직하게는, 상기 하나 이상의 관절 중 적어도 하나 이상은, 내부에 힘 센싱을 위한 토크 센서 및 구동을 위한 서보 모터를 구비할 수 있다.Preferably, at least one of the one or more joints may have a torque sensor for force sensing and a servo motor for driving therein.
바람직하게는, 상기 로봇틱 암은, 제1관절 내지 제5관절, 및 제1연결부 내지 제4연결부를 포함하고, 상기 제1관절은 상기 몸체 및 상기 제1연결부와 결합되고, 상기 제2관절은 제1연결부는 상기 제2관절 및 상기 제2연결부와 결합되고, 상기 제3관절은 상기 제2연결부 및 상기 제3연결부와 결합되고, 상기 제4관절은 상기 제3연결부 및 상기 제4연결부와 결합되고, 상기 제5관절은 상기 제4연결부 및 상기 영전자석부와 결합될 수 있다.Preferably, the robotic arm includes first to fifth joints, and first to fourth connecting portions, wherein the first joint is connected to the body and the first connecting portion, the second joint is connected to the first connecting portion and the second connecting portion, the third joint is connected to the second connecting portion and the third connecting portion, the fourth joint is connected to the third connecting portion and the fourth connecting portion, and the fifth joint can be connected to the fourth connecting portion and the electromagnet portion.
바람직하게는, 상기 제1관절은, 리니어 스테이지 및 리미트 센서를 구비하고, 상기 영전자석부의 높이 조절을 위해 상기 리니어 스테이지 및 상기 리미트 센서를 이용하여 z축 방향으로 상기 제1연결부를 구동시킬 수 있다.Preferably, the first joint is provided with a linear stage and a limit sensor, and can drive the first connecting part in the z-axis direction using the linear stage and the limit sensor to adjust the height of the electromagnet part.
바람직하게는, 상게 제2관절 및 상기 제3관절은, z축 방향으로 회전 가능하고, 상기 제4관절 및 상기 제5관절은, z축 방향 또는 y축 방향으로 회전 가능할 수 있다.Preferably, the second joint and the third joint may be rotatable in the z-axis direction, and the fourth joint and the fifth joint may be rotatable in the z-axis direction or the y-axis direction.
바람직하게는, 상기 제1관절 내지 제5관절은, 상기 핸드그립형 컨트롤러에 힘이 가해지면, 각각의 토크 센서에서 상기 힘의 방향과 세기를 감지하여 각각의 토크 센서와 연결된 각각의 서보 모터를 동작시킬 수 있다.Preferably, when force is applied to the hand grip type controller, the first to fifth joints can detect the direction and intensity of the force from each torque sensor and operate each servo motor connected to each torque sensor.
바람직하게는, 상기 로봇틱 암의 이동 및 상기 영전자석부의 자기장을 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 사용자가 송신한 원격 제어신호를 수신하는 동작, 상기 원격 제어신호에 따라 상기 로봇틱 암의 이동시켜 상기 영전자석부를 원하는 위치에 배치시키는 동작, 상기 원격 제어신호에 따라 상기 영전자부석의 자기장을 제어하여 자성물체의 자세를 제어하는 동작, 및 5자유도의 자성물체 위치를 인식하기 위한 자기장 데이터를 취득하는 동작을 수행할 수 있다.Preferably, the method further comprises: a control unit for controlling movement of the robotic arm and a magnetic field of the electromagnet unit; wherein the control unit can perform operations of receiving a remote control signal transmitted by a user, an operation of moving the robotic arm according to the remote control signal to place the electromagnet unit at a desired position, an operation of controlling the magnetic field of the electromagnet unit according to the remote control signal to control the posture of the magnetic object, and an operation of acquiring magnetic field data for recognizing the position of the magnetic object with five degrees of freedom.
바람직하게는, 상기 로봇틱 암의 이동 및 상기 영전자석부의 자기장을 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 자성물체로부터 실시간으로 전송되는 영상 데이터 및 상기 영전자석부로부터 전송되는 5자유도 위치인식 데이터를 이용하여 목적 위치까지의 최적의 경로를 획득하는 동작, 상기 최적의 경로로 상기 자성물체를 이동시키기 위해 상기 로봇틱 암의 이동시켜 상기 영전자석부를 원하는 위치에 배치시키고 상기 영전자석부의 자기장을 제어하여 자성물체를 이동시키는 동작, 및 상기 자성물체가 검사 위치 또는 병변 부위 발견 시, 사용자에게 알림 또는 영상 데이터를 전송하는 동작을 수행할 수 있다.Preferably, the method further comprises: a control unit for controlling movement of the robotic arm and a magnetic field of the electromagnet; wherein the control unit is configured to perform an operation of obtaining an optimal path to a target location using image data transmitted in real time from the magnetic object and 5-degree-of-freedom position recognition data transmitted from the electromagnet, an operation of moving the robotic arm to place the electromagnet at a desired location to move the magnetic object along the optimal path, and an operation of controlling the magnetic field of the electromagnet to move the magnetic object, and an operation of transmitting a notification or image data to a user when the magnetic object discovers an inspection location or a lesion site.
본 발명은 캡슐내시경 구동 장치 및 주변 장치를 통합한 하나의 장치로써 기존 산업용 로봇암을 이용한 구동장비에 비해 소형화 및 경량화가 가능하고, 실제 의료 현장에서 활용하기 적합하다는 이점이 있다.The present invention is a single device that integrates a capsule endoscope driving device and peripheral devices, and has the advantage of being miniaturized and lightweight compared to driving equipment using existing industrial robot arms, and being suitable for use in actual medical settings.
또한, 본 발명은 캡슐내시경의 패시브 구동, 원격 구동 및 자율 구동과 실시간 5자유도 위치 인식이 모두 가능하다는 이점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of enabling passive driving, remote driving, and autonomous driving of a capsule endoscope, as well as real-time 5-degree-of-freedom position recognition.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로로봇 구동용 모바일 장치의 구성도를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영전자석부의 구성도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇틱 암이 수납공간에 수납되기 전과 후의 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇틱 암의 구성도를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 로봇틱 암의 움직임을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로로봇 구동용 모바일 장치의 구동 방식을 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c는 핸드그립형 컨트롤러에 구비된 제어 버튼을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로로봇 구동용 모바일 장치의 전체 동작 프로세스를 나타낸다.Figure 1 shows a configuration diagram of a mobile device for driving a microrobot according to an embodiment of the present invention.
Figures 2 and 3 show the configuration of a permanent magnet unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the state of a robotic arm according to an embodiment of the present invention before and after being stored in a storage space.
Figure 5 shows a configuration diagram of a robotic arm according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 6A to 6C illustrate drawings for explaining the movement of a robotic arm according to an embodiment of the present invention.
Figures 7a to 7c illustrate a driving method of a mobile device for driving a microrobot according to an embodiment of the present invention.
Figures 8a to 8c illustrate drawings for explaining control buttons provided on a handgrip type controller.
Figure 9 shows the entire operation process of a mobile device for driving a microrobot according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the contents described in the attached drawings. However, the present invention is not limited or restricted by the exemplary embodiments. The same reference numerals presented in each drawing represent components that perform substantially the same function.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The purpose and effect of the present invention can be naturally understood or made clearer by the following description, and the purpose and effect of the present invention are not limited to the following description alone. In addition, when explaining the present invention, if it is judged that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 발명의 설명에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this application, it should be understood that the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the description of the invention, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common usage, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and shall not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined herein.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다. 시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함한다.In interpreting the components, even if there is no separate explicit description, it is interpreted as including the error range. In the case of a description of a temporal relationship, for example, if the temporal continuity is described as 'after', 'following', 'next to', 'before', etc., it also includes cases where it is not continuous unless 'right away' or 'directly' is used.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical configuration of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)의 구성도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 영전자석부(10), 로봇틱 암(20), 핸드그립형 컨트롤러(30), 몸체(40), 모니터(50), 모니터암(60), 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.FIG. 1 shows a configuration diagram of a mobile device (1000) for driving a microrobot according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the mobile device (1000) for driving a microrobot may include an electromagnet unit (10), a robotic arm (20), a hand grip type controller (30), a body (40), a monitor (50), a monitor arm (60), and a control unit (not shown).
마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 캡슐내시경 구동 장치 및 주변 장치를 통합한 하나의 장치로써 기존 산업용 로봇암을 이용한 구동장비에 비해 소형화 및 경량화가 가능하고, 실제 의료 현장에서 활용될 수 있다. 마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 자성물체(1)의 패시브 구동, 원격 구동 및 자율 구동과 실시간 5자유도 위치 인식이 모두 가능하다.A mobile device (1000) for driving a microrobot is a single device that integrates a capsule endoscope driving device and peripheral devices, and can be made smaller and lighter than existing driving devices using industrial robot arms, and can be used in actual medical settings. The mobile device (1000) for driving a microrobot is capable of passive driving, remote driving, and autonomous driving of a magnetic object (1), as well as real-time 5-degree-of-freedom position recognition.
마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 사용자가 핸드그립형 컨트롤러를 쥐고 힘을 직접적으로 가할 시, 힘을 인식하여 구동하는 동력보조 패시브 형태의 구동 방식을 사용할 수 있으므로, 사용자가 직관적으로 인체 내 위치한 자성물체(1)를 상하좌우로 구동할 수 있다. 마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 산업용 로봇암에 비해 인체에 직접적인 위해를 가할 가능성이 현저히 적어지므로 보다 안전하고 정확한 검사를 가능하게 한다.The mobile device (1000) for driving a microrobot can use a power-assisted passive driving method that recognizes force and drives the device when a user holds a handgrip-type controller and directly applies force, so that the user can intuitively drive a magnetic object (1) located inside the human body up, down, left, and right. The mobile device (1000) for driving a microrobot is significantly less likely to cause direct harm to the human body than an industrial robot arm, thereby enabling safer and more accurate inspections.
마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 인공지능 기술과 융합하여 의료진의 개입 없이 버튼 클릭 한번으로 전 소화기관 검사 및 판단을 자동으로 수행하는 고도화된 자동화 검사장비로 활용될 수 있다.A mobile device (1000) for driving a microrobot can be used as an advanced automated examination device that automatically performs examination and judgment of the entire digestive organs with a single click of a button without intervention by medical staff by combining it with artificial intelligence technology.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영전자석부(10)의 구성도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 영전자석부(Electropermanent Magnet)(10)는 전자기장을 생성하여 자성물체(1)를 5자유도(5Degrees of Freedom, 5DOF)로 구동시키고, 5자유도의 자성물체(1) 위치를 인식할 수 있다.Figures 2 and 3 show a configuration diagram of an electromagnet (10) according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 2, an electromagnet (10) generates an electromagnetic field to drive a magnetic object (1) with 5 degrees of freedom (5DOF), and can recognize the position of the magnetic object (1) with 5 degrees of freedom.
도 3을 참조하면, 제1하이브리드 전자석 모듈(100)은 제1자성체(110) 및 제1전자석(120)을 포함할 수 있고, 제2하이브리드 전자석 모듈(200)은 제2자성체(210) 및 제2전자석(220)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the first hybrid electromagnet module (100) may include a first magnetic body (110) and a first electromagnet (120), and the second hybrid electromagnet module (200) may include a second magnetic body (210) and a second electromagnet (220).
한편, 제1하이브리드 전자석 모듈(100)과 제2하이브리드 전자석 모듈(200)은 제1하이브리드 전자석 모듈의 중심축(2)과 제2하이브리드 전자석 모듈의 중심축(3)이 교차하여 교차점(4)을 형성하도록 배치되는 것일 수 있다. 각 하이브리드 전자석 모듈의 중심축이 교차점(4)을 형성하도록 배치되는 경우, 각 하이브리드 전자석 모듈에서 발생한 자기장은 교차점에서 집속될 수 있다.Meanwhile, the first hybrid electromagnet module (100) and the second hybrid electromagnet module (200) may be arranged so that the central axis (2) of the first hybrid electromagnet module and the central axis (3) of the second hybrid electromagnet module intersect to form an intersection point (4). When the central axis of each hybrid electromagnet module is arranged to form an intersection point (4), the magnetic field generated from each hybrid electromagnet module can be focused at the intersection point.
제1하이브리드 전자석 모듈의 중심축(2)과 제2하이브리드 전자석 모듈의 중심축(3)은 일정한 각도(5)를 형성하도록 배치될 수 있다. 두 중심축(2, 3)이 이루는 각도는 1 내지 90, 10 내지 80, 10 내지 70, 10 내지 60, 10 내지 50, 20 내지 80, 20 내지 70, 20 내지 60, 20 내지 50 또는 20 내지 40 도 중 어느 하나일 수 있고, 예를 들어, 30도일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The central axis (2) of the first hybrid electromagnet module and the central axis (3) of the second hybrid electromagnet module can be arranged to form a constant angle (5). The angle formed by the two central axes (2, 3) can be any one of 1 to 90, 10 to 80, 10 to 70, 10 to 60, 10 to 50, 20 to 80, 20 to 70, 20 to 60, 20 to 50 or 20 to 40 degrees, and for example, can be 30 degrees, but is not limited thereto.
제1자성체(110)는 제1영구자석(115)을 포함할 수 있고, 제2자성체(210)는 제2영구자석(215)을 포함할 수 있다.The first magnetic body (110) may include a first permanent magnet (115), and the second magnetic body (210) may include a second permanent magnet (215).
제1영구자석 또는 제2영구자석은 네오디움자석, 페라이트 자석, 알리코 자석, 사마륨 코발트자석 및 고무자석 중 하나 이상 또는 이들의 조합일 수 있고, 예를 들어, 네오디움자석 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The first permanent magnet or the second permanent magnet may be one or more of a neodymium magnet, a ferrite magnet, an alnico magnet, a samarium cobalt magnet, and a rubber magnet, or a combination thereof, and may be, for example, a neodymium magnet, but is not limited thereto.
이때, 제1자성체(110)는 제1하이브리드 전자석 모듈(100)에서 자화 방향이 제1하이브리드 전자석 모듈의 중심축(2)과 평행한 방향이 되도록 배치될 수 있고, 제2자성체(210)는 제2하이브리드 전자석 모듈(200)에서 자화 방향이 제2하이브리드 전자석 모듈의 중심축(3)과 평행한 방향이 되도록 배치될 수 있다.At this time, the first magnetic body (110) may be arranged so that the magnetization direction in the first hybrid electromagnet module (100) is parallel to the central axis (2) of the first hybrid electromagnet module, and the second magnetic body (210) may be arranged so that the magnetization direction in the second hybrid electromagnet module (200) is parallel to the central axis (3) of the second hybrid electromagnet module.
제1자성체(110) 및 제2자성체(210)는, 교차점(4)을 기준으로 제1자성체(110)와 제2자성체(210)의 자기장 방향이 서로 반대방향으로 배치되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이 제1하이브리드 전자석 모듈(110)에서는 제1영구자석(115)의 S극이 프레임(300)에 인접하게 배치되고, N극이 제1전자석(120)과 인접하도록 배치될 수 있고, 제2하이브리드 전자석 모듈(200)에서는 제2영구자석(215)의 S극이 제2전자석(220)과 인접하도록 배치되고, N극이 프레임(300)과 인접하도록 배치될 수 있다.The first magnetic body (110) and the second magnetic body (210) may be arranged so that the magnetic field directions of the first magnetic body (110) and the second magnetic body (210) are arranged in opposite directions based on the intersection point (4). For example, as shown in FIG. 3, in the first hybrid electromagnet module (110), the S pole of the first permanent magnet (115) may be arranged adjacent to the frame (300), and the N pole may be arranged adjacent to the first electromagnet (120), and in the second hybrid electromagnet module (200), the S pole of the second permanent magnet (215) may be arranged adjacent to the second electromagnet (220), and the N pole may be arranged adjacent to the frame (300).
그리고, 이처럼 제1자성체(110) 및 제2자성체(210)의 자기장 방향이 교차점(4)을 기준으로 서로 반대가 되도록 배치되는 경우, 제1전자석(120) 및 제2전자석(220)에 전류가 인가되지 않아도 영구자석만으로도 관심영역 (Region of interest; ROI)에서 자기장의 방향을 특정 방향으로 설정할 수 있다.And, in this case, when the magnetic field directions of the first magnetic body (110) and the second magnetic body (210) are arranged to be opposite to each other based on the intersection point (4), even if no current is applied to the first electromagnet (120) and the second electromagnet (220), the direction of the magnetic field in the region of interest (ROI) can be set to a specific direction using only the permanent magnet.
제1영구자석(110) 및 제2영구자석(210) 중 하나 이상은 중공의 중심부를 포함하는 것일 수 있다. 제1전자석(120)은 제1자성코어(121) 및 제1자성코어 상에 권취되는 제1와이어를 포함할 수 있다. 제2전자석(220)은 제2자성코어(221) 및 제2자성코어상에 권취되는 제2와이어를 포함할 수 있다.At least one of the first permanent magnet (110) and the second permanent magnet (210) may include a hollow center. The first electromagnet (120) may include a first magnetic core (121) and a first wire wound on the first magnetic core. The second electromagnet (220) may include a second magnetic core (221) and a second wire wound on the second magnetic core.
제1전자석(120)과 제2전자석(220)은 솔레노이드 코일, 원형 코일, 사각 코일, 맥스웰 코일, 헬름헬츠 코일 및 새들 코일 중 선택되는 하나 이상의 형태의 코일일 수 있고, 예를 들어, 솔레노이드 코일일 수 있다. 제1와이어 또는 제2와이어는 에나멜 와이어, 구리, 에나멜 구리 와이어, 에나멜 알루미늄 와이어일 수 있다.The first electromagnet (120) and the second electromagnet (220) may be coils of one or more types selected from a solenoid coil, a circular coil, a square coil, a Maxwell coil, a Helm-Heltz coil, and a saddle coil, and may be, for example, a solenoid coil. The first wire or the second wire may be an enameled wire, copper, an enameled copper wire, or an enameled aluminum wire.
프레임(300)은 제1하이브리드 전자석 모듈(100)과 제2하이브리드 전자석 모듈(200)을 서로 연결할 수 있다. 프레임(300)은 차폐재를 포함할 수 있고, 프레임(300)에 차폐재가 포함되는 경우 제1하이브리드 전자석 모듈(100) 및 제2하이브리드 전자석 모듈(200) 각각에서 발생되는 자기장이 서로 간섭되는 것을 억제할 수 있다.The frame (300) can connect the first hybrid electromagnet module (100) and the second hybrid electromagnet module (200) to each other. The frame (300) can include a shielding material, and when the frame (300) includes a shielding material, the magnetic fields generated from each of the first hybrid electromagnet module (100) and the second hybrid electromagnet module (200) can be prevented from interfering with each other.
제1하이브리드 전자석 모듈 (100) 및 제2하이브리드 전자석 모듈(200)에서, 교차점(4)을 기준으로 제1자성체(110)보다 제1전자석(120)이 제1하이브리드 전자석 모듈(100)내에서 교차점으로부터 더 멀리 배치될 수 있고, 제2자성체(210)보다 제2전자석(220)이 제2하이브리드 전자석 모듈(200)내에서 교차점으로부터 더 멀리 배치될 수 있다.In the first hybrid electromagnet module (100) and the second hybrid electromagnet module (200), the first electromagnet (120) may be positioned further from the intersection point (4) within the first hybrid electromagnet module (100) than the first magnetic body (110), and the second electromagnet (220) may be positioned further from the intersection point (4) within the second hybrid electromagnet module (200) than the second magnetic body (210).
영전자석부(10)는 자성물체(1)에서 발생하는 자기장을 홀 센서 어레이 모듈(11)을 이용하여 검출하고, 검출된 자기장을 5자유도 위치화 수식(5 DoF Inverse model)을 활용하여 위치정보로 변환할 수 있다. 여기에서, 자성물체(1)는 무선 캡슐내시경(Wireless Capsule Endoscope, WCE)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 영전자석부(10)는 홀 센서 어레이 모듈(11)을 이용하여 자성물체(1)의 5자유도 위치인식 데이터를 실시간으로 얻을 수 있다. 여기에서, 위치인식 데이터란 자성물체(1)의 위치를 판단하기 위한 자기장 세기, 기전력(electromotive force, EMF)의 세기 등을 의미할 수 있다. 홀 센서 어레이 모듈(11)은 요구되는 환경에 따라 배열 간격, 개수, 종류가 변경될 수 있다.The electromagnet unit (10) can detect a magnetic field generated from a magnetic object (1) using a Hall sensor array module (11), and convert the detected magnetic field into position information using a 5-degree-of-freedom positioning formula (5 DoF Inverse model). Here, the magnetic object (1) may be a Wireless Capsule Endoscope (WCE), but is not limited thereto. The electromagnet unit (10) can obtain 5-degree-of-freedom position recognition data of the magnetic object (1) in real time using the Hall sensor array module (11). Here, the position recognition data may mean the strength of a magnetic field, the strength of an electromotive force (EMF), etc. for determining the position of the magnetic object (1). The array interval, number, and type of the Hall sensor array module (11) may be changed depending on the required environment.
영전자석부(10)는 로봇틱 암(20)에 의해 3차원 상에서 자유롭게 이동할 수 있다. 구체적으로, 영전자석부(10)는 제1관절(21)에 의해 제1연결부(22)가 구동되어 z축 방향에서 상하로 움직일 수 있다. 영전자석부(10)는 제2관절(23) 및 제3관절(25)의 z축 방향 회전에 의해 x, y 평면에서 자유롭게 이동할 수 있다. 영전자석부(10)는 제4관절(27) 및 제5관절(29)의 z축 방향 또는 y축 방향으로 회전에 의해 제어될 수 있다. 즉, 영전자석부(10)는 제1관절 내지 제5관절의 구동에 의해 3차원 상에서 자유롭게 이동할 수 있으며, 이를 통해 5자유도 자기장으로 자성물체(1)를 구동 시키거나 위치인식을 할 수 있다.The electromagnet part (10) can move freely in three dimensions by the robotic arm (20). Specifically, the electromagnet part (10) can move up and down in the z-axis direction by the first connecting part (22) being driven by the first joint (21). The electromagnet part (10) can move freely in the x, y plane by the z-axis rotation of the second joint (23) and the third joint (25). The electromagnet part (10) can be controlled by the z-axis or y-axis rotation of the fourth joint (27) and the fifth joint (29). That is, the electromagnet part (10) can move freely in three dimensions by the driving of the first to fifth joints, and through this, the magnetic object (1) can be driven with a five-degree-of-freedom magnetic field or its position can be recognized.
로봇틱 암(Robotic Arm)(30)은 영전자석부(10)를 지지하고, 영전자석부(10)를 고정 또는 이동시킬 수 있다.The robotic arm (30) supports the electromagnet part (10) and can fix or move the electromagnet part (10).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇틱 암(20)이 수납공간에 수납되기 전과 후의 상태를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 로봇틱 암(20)은 몸체(40) 내 형성된 수납부(43)에 수납 또는 적재될 수 있다. 로봇틱 암(20)을 사용하지 않을 때에는 수납부(43)에 수납 또는 적재하여 전체 부피를 줄일 수 있다.Figure 4 shows the state before and after the robotic arm (20) according to an embodiment of the present invention is stored in a storage space. Referring to Figure 4, the robotic arm (20) can be stored or loaded in a storage section (43) formed in the body (40). When the robotic arm (20) is not in use, it can be stored or loaded in the storage section (43) to reduce the overall volume.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇틱 암(20)의 구성도를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 로봇틱 암(20)은 하나 이상의 관절(21,23,25,27,29)과 하나 이상의 연결부(22,24,26,28)를 포함하여, 영전자석부(10)를 3차원 상에서 자유롭게 이동시킬 수 있다. 로봇틱 암(20)은 링크(Link) 구조로 연결될 수 있으며, 총 5개의 관절(Joint)을 가질 수 있다. 로봇틱 암(20)의 엔드 이펙터(End-effector)에는 사용자가 손에 쥐고 장치를 제어할 수 있는 핸드그립형(Handgrip Type) 컨트롤러(30)와 영전자석부(10)가 부착될 수 있다.FIG. 5 shows a configuration diagram of a robotic arm (20) according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the robotic arm (20) includes one or more joints (21, 23, 25, 27, 29) and one or more connecting parts (22, 24, 26, 28), and can freely move an electromagnet part (10) in three dimensions. The robotic arm (20) can be connected in a link structure and can have a total of five joints. A handgrip type controller (30) that allows a user to hold the device in his hand and control the device, and an electromagnet part (10) can be attached to an end effector of the robotic arm (20).
하나 이상의 관절 중 적어도 하나 이상은 내부에 힘 센싱을 위한 토크 센서 및 구동을 위한 서보 모터(Servo motor)를 구비할 수 있다. 토크 센서는 힘의 방향과 세기를 감지할 수 있으며, 서보 모터는 각각의 토크 센서와 연결되어 감지된 힘의 방향과 세기에 따라 적절한 세기와 방향으로 동작될 수 있다.At least one of the one or more joints may be provided with a torque sensor for force sensing and a servo motor for driving. The torque sensor may detect the direction and intensity of the force, and the servo motor may be connected to each torque sensor and operated with an appropriate intensity and direction according to the direction and intensity of the detected force.
로봇틱 암(20)은 제1관절 내지 제5관절(21,23,25,27,29), 및 제1연결부 내지 제4연결부(22,24,26,28)를 포함하고, 제1관절(21)은 몸체(40) 및 제1연결부(22)와 결합되고, 제2관절(23)은 제1연결부(22) 및 제2연결부(24)와 결합되고, 제3관절(25)은 제2연결부(24) 및 제3연결부(26)와 결합되고, 제4관절(27)은 제3연결부(26) 및 제4연결부(28)와 결합되고, 제5관절(29)은 제4연결부(28) 및 영전자석부(10)와 결합될 수 있다.The robotic arm (20) includes first to fifth joints (21, 23, 25, 27, 29), and first to fourth connecting parts (22, 24, 26, 28). The first joint (21) is connected to the body (40) and the first connecting part (22), the second joint (23) is connected to the first connecting part (22) and the second connecting part (24), the third joint (25) is connected to the second connecting part (24) and the third connecting part (26), the fourth joint (27) is connected to the third connecting part (26) and the fourth connecting part (28), and the fifth joint (29) can be connected to the fourth connecting part (28) and the electromagnet part (10).
제1연결부(22)와 제2연결부(24)는 90도를 이루며 제2관절(23)과 결합될 수 있다. 제2연결부(24)는 제2관절(23)의 z축 방향 중심축(제1연결부(22)의 중심축)을 기준으로 360도로 회전할 수 있다. 제2연결부(24)와 제3연결부(26)는 링크 구조로 연결될 수 있다. 제3연결부(26)는 제3관절(25)의 z축 방향 중심축을 기준으로 360도 회전할 수 있다.The first connecting portion (22) and the second connecting portion (24) form a 90-degree angle and can be connected to the second joint (23). The second connecting portion (24) can rotate 360 degrees based on the z-axis direction central axis of the second joint (23) (the central axis of the first connecting portion (22)). The second connecting portion (24) and the third connecting portion (26) can be connected with a link structure. The third connecting portion (26) can rotate 360 degrees based on the z-axis direction central axis of the third joint (25).
제1관절(21)은 리니어 스테이지 및 리미트 센서를 구비하고, 영전자석부(10)의 높이 조절을 위해 리니어 스테이지 및 리미트 센서를 이용하여 z축 방향으로 제1연결부(22)를 구동시킬 수 있다. 제1관절(21)은 수직 방향 구동을 위해 몸체(40)의 수납공간에 위치할 수 있으며, 편리한 높이 조절을 위해 제1관절을 조작하여 제1연결부(22)를 상하로 움직일 수 있는 제1조작버튼(44)이 몸체(40)의 측면부에 위치할 수 있다. 제1관절(21)은 핸드그립형 컨트롤러(30)의 그립 타측면에 배치된버튼에 의해서도 제어될 수 있다.The first joint (21) is equipped with a linear stage and a limit sensor, and can drive the first connecting part (22) in the z-axis direction by using the linear stage and the limit sensor to adjust the height of the electromagnet part (10). The first joint (21) can be located in the storage space of the body (40) for vertical driving, and a first operating button (44) that can move the first connecting part (22) up and down by operating the first joint for convenient height adjustment can be located on the side of the body (40). The first joint (21) is located on the other side of the grip of the hand grip type controller (30). It can also be controlled by buttons.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 로봇틱 암의 움직임을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.FIGS. 6A to 6C illustrate drawings for explaining the movement of a robotic arm according to an embodiment of the present invention.
도 6a를 참조하면, 제2관절(23) 및 제3관절(25)은 z축 방향으로 회전 가능할 수 있다. 제2관절(23) 및 제3관절(25)은 링크 구조로 연결될 수 있으며, z축 방향으로 회전하여 영전자석부(10)의 자기장을 제어할 수 있다. 이를 통해, 도 6a와 같이 로봇틱 암(20)의 말단에 부착된 영전자석부(10)가 x, y 평면에서 자유롭게 이동할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.Referring to Fig. 6a, the second joint (23) and the third joint (25) can be rotated in the z-axis direction. The second joint (23) and the third joint (25) can be connected by a link structure and can control the magnetic field of the electromagnet unit (10) by rotating in the z-axis direction. Through this, an environment in which the electromagnet unit (10) attached to the end of the robotic arm (20) as shown in Fig. 6a can freely move in the x, y plane can be provided.
제4관절(27) 및 제5관절(29)은 z축 방향 또는 y축 방향으로 회전 가능할 수 있다. 제4관절(27) 및 제5관절(29)은 도 6b 및 도 6c와 같이 z축 또는 y축 방향으로 회전하며 영전자석부(10)의 자기장을 제어할 수 있다.The fourth joint (27) and the fifth joint (29) can rotate in the z-axis direction or the y-axis direction. The fourth joint (27) and the fifth joint (29) can rotate in the z-axis or the y-axis direction as shown in FIG. 6b and FIG. 6c and control the magnetic field of the electromagnet part (10).
제1관절(21) 내지 제5관절(29)은 핸드그립형 컨트롤러(30)에 힘이 가해지면, 각각의 토크 센서에서 힘의 방향과 세기를 감지하여 각각의 토크 센서와 연결된 각각의 서보 모터를 동작시킬 수 있다.When force is applied to the hand grip type controller (30), the first joint (21) to the fifth joint (29) can detect the direction and intensity of the force from each torque sensor and operate each servo motor connected to each torque sensor.
제어부(미도시)는 로봇틱 암(20)의 이동 및 영전자석부(10)의 자기장을 제어할 수 있다.The control unit (not shown) can control the movement of the robotic arm (20) and the magnetic field of the electromagnet unit (10).
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)의 구동 방식을 나타낸다.Figures 7a to 7c illustrate a driving method of a mobile device (1000) for driving a microrobot according to an embodiment of the present invention.
도 7a를 참조하면, 마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 사용자에 의한 패시브(Passive) 구동 방식으로 제어될 수 있다. 사용자에 의한 패시브 구동 방식의 경우 사용자가 로봇틱 암(20)의 말단에 결합된 핸드그립형 컨트롤러(30)를 사용자가 직접 쥐고, 캡슐내시경 구동 및 위치인식을 위한 영전자석부(10)를 원하는 위치로 이동시키는 방식이다. 각 관절은 사용자가 영전자석부(10)의 위치 이동을 위해 힘을 가할 때, 방향에 따라 영향을 받게 되는 관절의 토크 센서에서 힘의 세기 및 방향을 감지하고, 토크 센서와 연결된 서보 모터를 동작 시킴으로써 사용자가 적은 힘으로 영전자석부(10)를 원하는 위치까지 조작할 수 있도록 하는 동력 보조 장치 기능을 수행할 수 있다. 이후 사용자가 원하는 위치에서 핸드그립형 컨트롤러(30)에 배치된 다양한 버튼을 이용하여 5자유도 자기장 제어를 통한 캡슐내시경의 자세 제어 및 캡슐내시경의 실시간 5자유도 위치인식 데이터를 취득할 수 있다.Referring to FIG. 7a, the mobile device (1000) for driving a microrobot can be controlled in a passive driving manner by a user. In the case of the passive driving manner by a user, the user directly holds the hand grip controller (30) coupled to the end of the robotic arm (20) and moves the electromagnet unit (10) for driving and recognizing the position of the capsule endoscope to a desired position. When the user applies force to move the position of the electromagnet unit (10), each joint detects the strength and direction of the force from the torque sensor of the joint affected by the direction, and operates the servo motor connected to the torque sensor, thereby enabling the user to operate the electromagnet unit (10) to a desired position with little force, thereby performing a power assistance device function. Thereafter, the user can obtain posture control of the capsule endoscope and real-time 5-degree-of-freedom position recognition data of the capsule endoscope through 5-degree-of-freedom magnetic field control by using various buttons arranged on the hand grip controller (30) at a desired position.
도 7b를 참조하면, 마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 무선 컨트롤러를 이용한 원격 제어 방식으로 제어될 수 있다. 제어부(미도시)는 사용자가 송신한 원격 제어신호를 수신하는 동작, 원격 제어신호에 따라 로봇틱 암(20)의 이동시켜 영전자석부(10)를 원하는 위치에 배치시키는 동작, 원격 제어신호에 따라 영전자석부(10)의 자기장을 제어하여 자성물체(1)의 자세를 제어하는 동작, 및 5자유도의 자성물체 위치를 인식하기 위한 자기장 데이터를 취득하는 동작을 수행할 수 있다. 제어부(미도시)는 사용자의 원격 제어 신호에 따라 각각의 관절에 위치한 서보 모터를 개별적으로 제어할 수 있다. 사용자는 제어부를 통해 서보 모터의 위치 정보를 피드백 받을 수 있으며, 이를 통해 직관적으로 영전자석부(10)를 직관적으로 전, 후, 좌, 우로 구동 및 회전시킬 수 있다.Referring to FIG. 7b, the mobile device (1000) for driving a microrobot can be controlled by a remote control method using a wireless controller. The control unit (not shown) can perform an operation of receiving a remote control signal transmitted by a user, an operation of moving a robotic arm (20) according to the remote control signal to place an electromagnet (10) at a desired position, an operation of controlling the magnetic field of the electromagnet (10) according to the remote control signal to control the posture of a magnetic object (1), and an operation of acquiring magnetic field data for recognizing the position of a magnetic object with five degrees of freedom. The control unit (not shown) can individually control a servo motor located at each joint according to a remote control signal of the user. The user can receive feedback on the position information of the servo motor through the control unit, and thereby intuitively drive and rotate the electromagnet (10) forward, backward, left, and right.
도 7c를 참조하면, 마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 사용자의 개입이 필요하지 않은 자율 구동 방식으로 제어될 수 있다. 제어부(미도시)는 자성물체(1)로부터 실시간으로 전송되는 영상 데이터 및 상기 영전자석부로부터 전송되는 5자유도 위치인식 데이터를 이용하여 목적 위치까지의 최적의 경로를 획득하는 동작, 최적의 경로로 자성물체(1)를 이동시키기 위해 로봇틱 암(20)의 이동시켜 영전자석부(10)를 원하는 위치에 배치시키고 영전자석부(10)의 자기장을 제어하여 자성물체(1)를 이동시키는 동작, 및 자성물체(1)가 검사 위치 또는 병변 부위 발견 시, 사용자에게 알림 또는 영상 데이터를 전송하는 동작을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 7c, the mobile device (1000) for driving a microrobot can be controlled in an autonomous manner that does not require user intervention. The control unit (not shown) can perform an operation of obtaining an optimal path to a target location by using image data transmitted in real time from a magnetic object (1) and 5-degree-of-freedom position recognition data transmitted from the electromagnet unit, an operation of moving a robotic arm (20) to place the electromagnet unit (10) at a desired location to move the magnetic object (1) along the optimal path, and an operation of controlling the magnetic field of the electromagnet unit (10) to move the magnetic object (1), and an operation of transmitting a notification or image data to a user when the magnetic object (1) discovers an inspection location or a lesion site.
제어부(미도시)는 사용자의 개입 없이 소프트웨어에서 사전 설정된 경로를 이동하며 검사를 진행하거나 인공지능 네비게이션 기술과 결합하여 무선 캡슐내시경을 자율 주행 시킬 수 있다.The control unit (not shown) can perform an inspection by moving along a path preset by the software without user intervention, or can autonomously drive the wireless capsule endoscope in combination with artificial intelligence navigation technology.
핸드그립형 컨트롤러(30)는 영전자석부(10) 또는 로봇틱 암(20)과 결합되되, 영전자석부(10)를 원하는 위치로 이동시키기 위해 로봇틱 암(20)을 제어하는 버튼이 구비될 수 있다.The hand grip type controller (30) is coupled with an electromagnet (10) or a robotic arm (20), and may be provided with a button for controlling the robotic arm (20) to move the electromagnet (10) to a desired position.
도 8a 내지 도 8c는 핸드그립형 컨트롤러(30)에 구비된 제어 버튼을 설명하기 위한 도면을 나타낸다.Figures 8a to 8c illustrate drawings for explaining control buttons provided in a hand grip type controller (30).
도 8a를 참조하면, 핸드그립형 컨트롤러(30)의 그립 내측에 힘 피드백 기능 On/Off 버튼이 배치될 수 있다. 핸드크립형 컨트롤러(30)를 움직일 때, 해당 버튼을 누른 상태에서만 힘 피드백 기능이 On 상태가 되며, 힘 피드백 기능이 On 상태인 경우에만 동력 보조 기능을 수행하므로 안전성을 향상시킬 수 있다.Referring to Fig. 8a, a force feedback function On/Off button may be placed on the inside of the grip of the hand grip type controller (30). When the hand grip type controller (30) is moved, the force feedback function is turned on only when the corresponding button is pressed, and since the power assistance function is performed only when the force feedback function is on, safety can be improved.
도 8b를 참조하면, 핸드그립형 컨트롤러(30)의 그립 일측면에 배치된 볼 타입(Ball-type) 버튼을 이용하여, 제5관절 내 위치한 서보 모터를 구동하여, 영전자석부(10)를 z-Rot 방향으로 회전시킬 수 있음. 이때 영전자석부(10)에서 발생되는 자기장 방향의 변화로 인해 z-Rot 방향으로 캡슐내시경을 회전시킬 수 있다. 또한, 핸드그립형 컨트롤러(30)의 그립 일측면에 배치된 캡슐내시경 자동 모션 버튼은 영전자석부(10)에서 발생되는 자기장 방향을 변화시키면서 사전 설정된 z-Rot, y-Rot 각도로 캡슐내시경을 회전시킨 후, 기존 모션으로 자동 복귀하는 Auto Pitching, Auto Yawing 등의 기능을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 8b, by using the ball-type button arranged on one side of the grip of the hand-grip type controller (30), the servo motor located in the fifth joint can be driven to rotate the electromagnet part (10) in the z-Rot direction. At this time, the capsule endoscope can be rotated in the z-Rot direction due to the change in the direction of the magnetic field generated from the electromagnet part (10). In addition, the capsule endoscope automatic motion button arranged on one side of the grip of the hand-grip type controller (30) can perform functions such as Auto Pitching and Auto Yawing to rotate the capsule endoscope at preset z-Rot and y-Rot angles while changing the direction of the magnetic field generated from the electromagnet part (10), and then automatically return to the previous motion.
도 8c를 참조하면, 핸드그립형 컨트롤러(30)의 그립 타측면에 배치된 버튼을 이용하여 제1관절을 제어할 수 있다. 제1관절의 경우 다른 관절과 마찬가지로 토크 센서가 내장되어 있으나 영전자석부(10)와 몸체(40)의 거리가 증가할 경우 z축 방향으로의 힘 전달이 곤란할 수 있으므로, 토크 센서에 의한 동력 보조 기능이 원활하게 작동하지 않을 수 있다. 따라서, 제1관절의 서보 모터를 제어하기 위한 별도의 버튼을 배치하여 z축 이동이 가능하도록 하였다.Referring to Fig. 8c, the grip side of the hand grip type controller (30) is arranged The first joint can be controlled using a button. In the case of the first joint, a torque sensor is built in like other joints, but if the distance between the electromagnet (10) and the body (40) increases, power transmission in the z-axis direction may be difficult, so the power assistance function by the torque sensor may not operate smoothly. Therefore, a separate button is placed to control the servo motor of the first joint to enable z-axis movement.
핸드그립형 컨트롤러(30)의 그립 타측면에 배치된 버튼을 이용하여 제4관절의 서보 모터를 구동하여, 영전자석부(10)를 y-Rot 방향으로 회전시킬 수 있다. 이때 영전자석부(10)에서 발생되는 자기장 방향의 변화로 인해 y-Rot 방향으로 캡슐내시경을 회전시킬 수 있다. 또한, 핸드그립형 컨트롤러(30)의 그립 타측면에 배치된 버튼을 이용하여 현재 선택된 구동 모드에 따라 패시브 구동 모드로 전환 또는 원격 제어 모드로 전환할 수 있다. 핸드그립형 컨트롤러(30)에 부착된 모든 버튼은 상황에 따라 위치 및 기능이 변경될 수 있다.The grip side of the hand grip type controller (30) is located By using the button to drive the servo motor of the fourth joint, the electromagnet part (10) can be rotated in the y-Rot direction. At this time, the capsule endoscope can be rotated in the y-Rot direction due to the change in the direction of the magnetic field generated in the electromagnet part (10). In addition, the hand grip controller (30) is arranged on the other side of the grip. The button can be used to switch to passive driving mode or remote control mode depending on the currently selected driving mode. All buttons attached to the hand grip type controller (30) can change position and function depending on the situation.
몸체(40)는 로봇틱 암(20)이 고정될 수 있다. 몸체(40)의 내부 공간은 PC, 모터 드라이버, 제어회로, 및 전원공급장치 등 구동에 필요한 장치가 수납될 수 있다.The body (40) can have a robotic arm (20) fixed thereto. The internal space of the body (40) can accommodate devices required for operation, such as a PC, a motor driver, a control circuit, and a power supply device.
몸체(40)는 장치(1000)가 이동 가능하며, 이는 몸체(40)의 하단부에 위치한 이동모듈(41)과 휠(42)을 통해 구현될 수 있음을 도 1을 통해 확인할 수 있다.The body (40) is a device (1000) that can move, and this can be implemented through a moving module (41) and a wheel (42) located at the lower part of the body (40), as can be seen in FIG. 1.
모니터(50)는 몸체(40)의 상단부에 고정될 수 있으며, 영전자석부(10)의 반대편에 배치될 수 있다. 모니터(50)는 모니터 암(Monitor Arm)(60)에 연결되어 있어 각도 및 높낮이 조절이 가능할 수 있다.The monitor (50) can be fixed to the upper part of the body (40) and can be placed on the opposite side of the electromagnet part (10). The monitor (50) is connected to a monitor arm (60) so that the angle and height can be adjusted.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)의 전체 동작 프로세스를 나타낸다.Figure 9 shows the entire operation process of a mobile device (1000) for driving a microrobot according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 패시브 방식 사용 시, 장치(1000)를 준비한 후, 영전자석부(10), 제어 회로 및 PC에 전원이 공급되면 사용자가 핸드그립형 컨트롤러(30)를 쥐고 영전자석부(10)를 원하는 위치로 이동시킬 때 발생하는 힘을 토크 센서에서 감지하고 해당 토크 센서와 연결된 서보 모터의 구동을 통해 동력 보조 기능을 수행할 수 있다. 이후 목표 위치에서 핸드그립형 컨트롤러(30)에 배치된 버튼을 이용하여 영전자석부(10)에서 발생되는 자기장을 제어하고, 이에 따라 캡슐내시경의 구동 및 5자유도 위치인식 데이터가 실시간으로 취득될 수 있다. 사용자는 모니터(50)를 통해 캡슐내시경에서 실시간으로 무선 전송되는 이미지와 위치 정보 데이터를 확인하며 검사를 진행하고, 해당 위치에서의 검사가 종료되면 다음 목표 위치로 이동하는 과정을 반복하며 전 소화기관 검사가 가능하다.Referring to FIG. 9, when the mobile device (1000) for driving a microrobot is used in a passive manner, after the device (1000) is prepared, when power is supplied to the electromagnet unit (10), the control circuit, and the PC, the torque sensor detects the force generated when the user holds the handgrip controller (30) and moves the electromagnet unit (10) to a desired position, and the torque sensor drives the servo motor connected to the torque sensor to perform a power assistance function. Thereafter, the magnetic field generated from the electromagnet unit (10) is controlled by using the button arranged on the handgrip controller (30) at the target position, and accordingly, the operation of the capsule endoscope and the 5-degree-of-freedom position recognition data can be acquired in real time. The user checks the image and position information data wirelessly transmitted in real time from the capsule endoscope through the monitor (50) and conducts the examination, and when the examination at the target position is completed, the process of moving to the next target position is repeated, and the entire digestive organs can be examined.
마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 원격 제어 방식 사용 시, 장치(1000)를 준비한 후, 영전자석부(10), 제어 회로 및 PC에 전원이 공급되면 사용자가 원격 제어용 무선 컨트롤러를 이용하여, 캡슐 내시경을 구동할 수 있다. 이후 목표 위치에서 원격 제어용 무선 컨트롤러를 이용하여 영전자석부(10)에서 발생되는 자기장을 제어하고, 이에 따라 캡슐내시경의 구동 및 5자유도 위치인식 데이터가 실시간으로 취득될 수 있다. 사용자는 모니터(50)를 통해 캡슐내시경에서 실시간으로 무선 전송되는 이미지와 위치 정보 데이터를 확인하며 검사를 진행하고, 해당 위치에서의 검사가 종료되면 다음 목표 위치로 이동하는 과정을 반복하며 전 소화기관 검사가 가능하다.When the mobile device (1000) for driving a microrobot uses a remote control method, after the device (1000) is prepared and power is supplied to the electromagnet unit (10), the control circuit, and the PC, the user can drive the capsule endoscope using a wireless controller for remote control. Thereafter, the magnetic field generated from the electromagnet unit (10) is controlled using the wireless controller for remote control at the target location, and accordingly, the operation of the capsule endoscope and 5-degree-of-freedom position recognition data can be acquired in real time. The user checks the image and position information data wirelessly transmitted in real time from the capsule endoscope through a monitor (50) and conducts the examination, and when the examination at the corresponding location is completed, the process of moving to the next target location is repeated, and the entire digestive organs can be examined.
마이크로로봇 구동용 모바일 장치(1000)는 자율 구동 방식 사용 시, 장치(1000)를 준비한 후, 영전자석부(10), 제어 회로 및 PC에 전원이 공급되면 핸드그립형 컨트롤러(30)에 배치된 자율 구동 버튼 또는 원격 제어용 무선 컨트롤러에 배치된 자율 구동 버튼을 누르면 자율 구동 모드가 실행될 수 있다. 이후 사용자의 개입 없이 캡슐내시경 카메라에서 실시간으로 전송되는 영상 데이터 및 5자유도 위치인식 데이터를 활용하여 최적의 경로 추정 및 자기장 제어를 통한 캡슐내시경의 이동과 모션제어를 자동으로 수행하며 검사를 진행할 수 있다.When the mobile device (1000) for driving a microrobot uses an autonomous driving method, after preparing the device (1000), power is supplied to the electromagnet section (10), the control circuit, and the PC, the autonomous driving mode can be executed by pressing the autonomous driving button arranged on the handgrip controller (30) or the autonomous driving button arranged on the wireless controller for remote control. Thereafter, without user intervention, the inspection can be performed automatically by performing optimal path estimation and movement and motion control of the capsule endoscope through magnetic field control using image data and 5-degree-of-freedom position recognition data transmitted in real time from the capsule endoscope camera.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.Although the present invention has been described in detail through representative examples above, those skilled in the art will understand that various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the rights of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by all changes or modifications derived from the claims and equivalent concepts as well as the claims.
1: 자성물체
2: 제1하이브리드 전자석 모듈의 중심축
3: 제2하이브리드 전자석 모듈의 중심축
4: 교차점10: 영전자석부
20: 로봇틱 암21: 제1관절
22: 제1연결부 23: 제2관절
24: 제2연결부25: 제3관절
26: 제3연결부27: 제4관절
28: 제4연결부29: 제5관절
30: 핸드그립형 컨트롤러40: 몸체
41: 이동 모듈 42: 휠
43: 수납부44: 제1조작버튼
50: 모니터60: 모니터암
100: 제1하이브리드 전자석 모듈 110: 제1자성체
115: 제1영구자석120: 제1전자석
121: 제1자성코어200: 제2하이브리드 전자석 모듈
210: 제2자성체215: 제2영구자석
220: 제2전자석221: 제2자성코어
300: 프레임
1000: 마이크로로봇 구동용 모바일 장치1: Magnetic objects
2: Central axis of the first hybrid electromagnet module
3: Central axis of the second hybrid electromagnet module
4: Intersection 10: Electromagnetic field
20: Robotic arm 21: First joint
22: First joint 23: Second joint
24: Second joint 25: Third joint
26: 3rd joint 27: 4th joint
28: 4th joint 29: 5th joint
30: Hand grip controller 40: Body
41: Movement module 42: Wheel
43: Storage compartment 44: First operating button
50: Monitor 60: Monitor Arm
100: 1st hybrid electromagnet module 110: 1st magnetic body
115: 1st permanent magnet 120: 1st electromagnet
121: 1st magnetic core 200: 2nd hybrid electromagnet module
210: Secondary magnetic material 215: Secondary permanent magnet
220: Second electromagnet 221: Second magnetic core
300: Frame
1000: Mobile device for driving microrobots
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230160186AKR20250073807A (en) | 2023-11-20 | 2023-11-20 | Mobile device for medical microrobot actuation |
| PCT/KR2024/008687WO2025110381A1 (en) | 2023-11-20 | 2024-06-24 | Mobile device for driving microrobot |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230160186AKR20250073807A (en) | 2023-11-20 | 2023-11-20 | Mobile device for medical microrobot actuation |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20250073807Atrue KR20250073807A (en) | 2025-05-27 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230160186APendingKR20250073807A (en) | 2023-11-20 | 2023-11-20 | Mobile device for medical microrobot actuation |
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20250073807A (en) |
| WO (1) | WO2025110381A1 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220109820A (en) | 2021-01-29 | 2022-08-05 | 재단법인 한국마이크로의료로봇연구원 | Dual Hybrid Electromagnet Module for Controling Micro-robot |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1815949A1 (en)* | 2006-02-03 | 2007-08-08 | The European Atomic Energy Community (EURATOM), represented by the European Commission | Medical robotic system with manipulator arm of the cylindrical coordinate type |
| EP2509492A4 (en)* | 2009-12-08 | 2015-04-15 | Yehoshua Shachar | Diagnostic and therapeutic magnetic propulsion capsule and method for using the same |
| US11122965B2 (en)* | 2017-10-09 | 2021-09-21 | Vanderbilt University | Robotic capsule system with magnetic actuation and localization |
| WO2023101950A1 (en)* | 2021-11-30 | 2023-06-08 | Endoquest Robotics, Inc. | Position control for patient console |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220109820A (en) | 2021-01-29 | 2022-08-05 | 재단법인 한국마이크로의료로봇연구원 | Dual Hybrid Electromagnet Module for Controling Micro-robot |
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025110381A1 (en) | 2025-05-30 |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Deltamag: An electromagnetic manipulation system with parallel mobile coils | |
| KR102345782B1 (en) | Surgical assistance device, control method therefor, and recording medium | |
| Sikorski et al. | The ARMM system: An optimized mobile electromagnetic coil for non-linear actuation of flexible surgical instruments | |
| US20240238057A1 (en) | System and method for providing on-demand functionality during a medical procedure | |
| US11148297B2 (en) | Force based gesture control of a robotic surgical manipulator | |
| Penning et al. | Towards closed loop control of a continuum robotic manipulator for medical applications | |
| JP7025134B2 (en) | Surgical tool system | |
| CN110882058B (en) | System and method for confirming disc engagement | |
| JP6382310B2 (en) | Medical robot system comprising a remote current controller for controlling a plurality of distally housed motors | |
| US10426571B2 (en) | Intelligent holding arm for head surgery, with touch-sensitive operation | |
| AU2019256613A1 (en) | Methods and systems for controlling a surgical robot | |
| Li et al. | Kinematic modeling and visual servo control of a soft-bodied magnetic anchored and guided endoscope | |
| US20170202537A1 (en) | System for robot-assisted control of a transrectal probe, for example for use in carrying out prostate echography | |
| JP2019528139A (en) | Surgical instrument to maintain length | |
| US11638617B2 (en) | Robotic manipulator for guiding an endoscope having a parallel linkage | |
| RU2009115691A (en) | METHODS AND SYSTEMS OF MEDICAL SCAN WITH TACTICAL FEEDBACK | |
| CN113081288A (en) | Puncture surgery robot master hand and system based on ball joint driving | |
| CN116196112A (en) | Mechanical arm motion control method and surgical robot | |
| Sun et al. | A novel control method of magnetic navigation capsule endoscope for gastrointestinal examination | |
| Du et al. | Robomag: A magnetic actuation system based on mobile electromagnetic coils with tunable working space | |
| Zhang et al. | Toward automatic stomach screening using a wireless magnetically actuated capsule endoscope | |
| KR20250073807A (en) | Mobile device for medical microrobot actuation | |
| Ning et al. | Cable-Driven Light-Weighting and Portable System for Robotic Medical Ultrasound Imaging | |
| Li et al. | Initial design and results of an untethered insertable laparoscopic robotic surgical camera system | |
| Li et al. | Design, Analysis, and Kinematic Framework of a Long-Range Magnetic Anchored and Guided Endoscope |
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application | Patent event code:PA01091R01D Comment text:Patent Application Patent event date:20231120 | |
| PA0201 | Request for examination | Patent event code:PA02011R01I Patent event date:20231120 Comment text:Patent Application | |
| PG1501 | Laying open of application |