JP6782833B2

JP6782833B2 - 磁場制御システム

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Publication number: JP6782833B2
Application number: JP2019507126A
Authority: JP
Inventors: ゴンヒジャン; ジェグァンナム; ウォンソイ; ボンジュンジャン
Original assignee: Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
Current assignee: Industry University Cooperation Foundation IUCF HYU
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2037-04-14
Also published as: EP4134991B1; CA3033342C; EP4134991A1; EP3499529A4; CA3033342A1; EP3499529A2; JP2019526930A; WO2018030610A2; CN109564818A; US20190184545A1; CN109564818B; US11756716B2; WO2018030610A3

Description

本発明は、磁場制御システムに係り、より詳細には、管内移動装置の動きを制御することができる磁場制御システムに関する。

電磁駆動システムは、電流が流れるコイルが生成する磁場を利用して磁気マイクロロボットや磁気カテーテルを制御するための磁場生成装置である。マイクロロボット及びカテーテルは、病気の診断や薬の配達など、ヒトが直接行うことが難しい医療行為を効率よく行うために主に人体に挿入する手段として開発されている。それらを駆動するために交流磁場がしばしば使用され、特に、高い磁束密度及び周波数有する回転磁場（ｒｏｔａｔｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ）を使用する穿孔動作（ｄｒｉｌｌｉｎｇｍｏｔｉｏｎ）が、詰まった血管を開通させるために使用される。

しかしながら、従来の電磁駆動システムは、開磁気回路を用いて比較的低密度の磁場を生成し、特に、インダクタンス効果によって周波数が増加するにつれて交流磁場の大きさが急激に減少する現象が発生した。すなわち、従来の電磁駆動システムでは、開磁気回路を用いているために磁場が外部に漏洩し、周波数による磁場の弱体化を克服することができず、高密度の高周波磁場を生成することができないため、マイクロロボットの駆動速度及び任務遂行能力に制約がある。

これらの制約を克服するためにフィードバック制御を用いて周波数による磁場の減少効果を考慮した制御を行うことは可能であるが、出力が低くなるという基本的な問題を解決することはできない。別の解決策として、電磁駆動システムのサイズを縮小するかまたは電流を増やすことによって磁場の強度を高めることは可能であるが、狭い内部空間および増加した電流のために効率は低下するという問題がある。

本発明の実施形態の目的は、ターゲット領域に生成する磁場の大きさを効果的に増加させることができる磁場制御システムを提供することである。

本発明の実施形態の目的は、共振周波数を変化させながら磁場を生成することができる磁場制御システムを提供することである。

本発明は、血管のような脈動環境を有する管で安定した位置制御が可能な磁場制御システムを提供する。

また、本発明は、クロールモーションの移動原理を有し、方向転換が可能な磁場制御システムを提供する。

本発明が解決しようとする技術的課題は、操向性が向上した磁場制御システムを提供することにある。

本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限定されるものではなく、言及していない他の技術的課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

本発明の一実施形態に係る磁場制御システムは、内部空間を有する立体構造を形成する構造形成部と、前記構造形成部の所定位置から延設され、前記内部空間に画定されたターゲット領域に向けるように配置され、磁場を生成する磁場生成部と、前記磁場生成部に電源を供給する電源部と、を含んでいてもよい。

一実施形態において、前記磁場生成部は、第１磁場生成部及び第２磁場生成部を含み、前記電源部は、第１電源部及び第２電源部を含み、前記第１磁場生成部は、前記構造形成部の所定位置から延設される第１磁気コアと、前記第１磁気コアに巻回される第１コイルと、一方の端が前記第１コイルの他方の端と連結され、他方の端が前記第１電源部と連結される第１可変キャパシタと、を含み、前記第２磁場生成部は、前記構造形成部の所定位置から延設される第２磁気コアと、前記第２磁気コアに巻回される第２コイルと、一方の端が前記第２コイルの他方の端と連結され、他方の端が前記第２電源部と連結される第２可変キャパシタと、を含んでいてもよい。

一実施形態において、前記第１コイル、第１可変キャパシタ及び前記第１電源部は、第１閉回路を形成し、前記第１可変キャパシタのキャパシタンスに応じて前記第１閉回路の共振周波数が可変されてもよい。

一実施形態において、前記第２コイル、第２可変キャパシタ及び前記第２電源部は、第２閉回路を形成し、前記第２可変キャパシタのキャパシタンスに応じて前記第２閉回路の共振周波数が可変されてもよい。

一実施形態において、前記第１可変キャパシタ及び第２可変キャパシタのキャパシタンスは、互いに同一または異なる値を有するように設定されてもよい。

一実施形態において、前記第１磁気コア及び第２磁気コアは、円筒状の磁性体で形成されてもよい。

一実施形態において、前記第１可変キャパシタ及び第２可変キャパシタのそれぞれは、並列に連結される複数のキャパシタで構成されてもよい。

一実施形態において、前記磁場生成部は、複数個であり、前記磁場生成部は、前記構造形成部の所定位置から延設される複数の磁気コアと、前記複数の磁気コアのそれぞれに巻回される複数のコイルと、一方の端が前記複数のコイルの他方の端とそれぞれ連結され、他方の端が前記電源部とそれぞれ連結される複数の可変キャパシタと、を含んでいてもよい。

一実施形態において、前記電源部は、前記複数のコイルのそれぞれに独立して電源を供給するように、複数個で構成されてもよい。

一実施形態において、前記複数のコイル、前記複数の可変キャパシタ及び前記電源部のうち、互いに連結されるコイル、可変キャパシタ及び電源部は閉回路を形成し、前記可変キャパシタのキャパシタンス値に応じて前記閉回路の共振周波数が可変されてもよい。

一実施形態において、前記立体構造は、直方体または立方体であり、前記複数の磁気コアは、前記直方体または立方体の頂点から延長されて前記ターゲット領域に向けるように配置されてもよい。

一実施形態において、前記立体構造は、球（ｓｐｈｅｒｅ）であり、前記構造形成部は、内部に画定された面が互いに直交し且つその中心が互いに一致するように結合される２つの円形磁気コアリングを含み、前記複数の磁気コアは、前記２つの円形磁気コアリングの所定位置から前記ターゲット領域に向けるように配置されてもよい。

本発明によれば、ターゲット領域に生成する磁場の大きさを効果的に増加させることができる。

また、本発明によれば、共振周波数を変化させながら磁場を生成することができる。

また、本発明によれば、回転しながら振動する外部磁場を生成して移動ロボットを磁場と強制的に同期させ、移動ロボットの脚と管壁との間の摩擦力を利用してクロールモーションを作ることにより、姿勢によらずに常に一定の動作性能を維持することができ、しかも安定した位置を維持することができる。

また、本発明によれば、移動ロボットは、管の直径にかかわらず、前後進と方向転換が可能である。

また、本発明によれば、磁気モーメントの方向または大きさが異なる少なくとも２つ以上の磁性体を含むので、チューブの操向性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置を示す。本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置の第１磁場生成部を具体的に示す。本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置の第２磁場生成部を具体的に示す。本発明の第２実施形態に係る磁場生成装置を示す。本発明の第２実施形態に係る磁場生成装置の複数の磁場生成部のうちのいずれか１つを具体的に示す。本発明の第３実施形態に係る磁場生成装置を示す。一般的な磁場生成装置によって生成される磁場を示す図である。本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置によって生成される磁場を示す図である。可変キャパシタがない磁場生成装置に印加される電圧の周波数の変化による磁場の変化を示す図である。可変キャパシタがある磁場生成装置に印加される電圧の周波数の変化による磁場の変化を示す図である。本発明の一実施形態に係る移動ロボットを示す斜視図である。図１１の移動ロボットを示す分解斜視図である。図１１の移動モジュールを示す断面図である。本発明の実施形態に係る外部磁場が印加される例を示す図である。振動磁場の回転方向に沿った移動ロボットの動きを示す図である。回転する振動磁場によって移動ロボットが回転する過程を示す図である。外部磁場によって移動ロボットが移動方向を変える過程を順次示す図である。外部磁場によって移動ロボットが移動方向を変える過程を順次示す図である。外部磁場によって移動ロボットが移動方向を変える過程を順次示す図である。図１７の移動ロボットにおけるステアリング磁石と移動磁石の配置関係を示す図である。図１９の移動ロボットにおけるステアリング磁石と移動磁石の配置関係を示す図である。本発明の実施形態に係る移動ロボットのＹ型分岐管における移動及び方向転換を示す実験写真である。本発明の移動ロボット及びこれと比較対象である回転マグネチックロボットの直管における動きを比較実験した写真及びその結果を示すグラフである。本発明の実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。本発明の第１実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。本発明の第２実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。本発明の第３実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。本発明の第４実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。本発明の第５実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。本発明の第５実施形態に係るマグネチックチューブシステムに弱い強さの外部磁場が印加されたときのマグネチックチューブシステムの変形例を示す図である。本発明の第５実施形態に係るマグネチックチューブシステムに強い強さの外部磁場が印加されたときのマグネチックチューブシステムの変形例を示す図である。

本発明の一実施形態に係る磁場制御装置は、内部空間を有する立体構造を形成する構造形成部と、前記構造形成部の所定位置から延設され、前記内部空間に画定されたターゲット領域に向けるように配置され、磁場を生成する磁場生成部と、前記磁場生成部に電源を供給する電源部と、を含んでいてもよい。

以下、本発明の一部の実施形態例を例示的な図面を参照して詳細に説明する。各図面の成要素に参照符号を付加するにあたって、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されても可能な限り同一の符号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたって、関連の公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の実施形態に対する理解を阻害すると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。

本発明の実施形態における構成要素を説明するにあたって、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）等の用語を用いることができる。これらの用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためだけのものであり、その用語によって当該構成要素の本質や順番又は順序等が限定されるものではない。また、技術的や科学的な用語を含む全ての用語は、異に定義されない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一な意味を有する。辞典に定義された用語のように、一般的に使われる用語は関連技術の文脈上の意味と一致するものと解釈されるべきであり、本出願において明白に定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味として解釈されない。

本発明に係る磁場制御システムは、磁場生成装置と管内移動装置とを含む。磁場生成装置は、管の外部で外部磁場を生成して管内移動装置をリモート制御する。管内移動装置は、血管、消化器、尿道などの人体の管状組織、または家庭用パイプ、産業用パイプなどのさまざまな管環境内の移動が可能であり、管の内部環境を点検及び診断可能である。管内移動装置は、移動ロボットとマグネチックチューブシステムとを含む。

本発明では、人体の管環境に磁気制御システムを使用する例を主に説明するが、本発明の技術的事項は、これに限定されるものではなく、多様に変更することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置を示す。図２は、本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置の第１磁場生成部を具体的に示す。図３は、本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置の第２磁場生成部を具体的に示す。

まず、図１を参照すると、本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置１００は、構造形成部１１０、磁場生成部１２０、および電源部１３０を含んでいてもよい。

構造形成部１１０は、内部空間Ｓを有する様々な立体構造を形成してもよい。例えば、立体構造は、立方体、直方体、球、円柱などの多様な形態の立体図形を含んでいてもよい。したがって、図１では、構造形成部１１０が、立方体または直方体の立体構造を形成することを示しているが、これに限定されるものではない。内部空間Ｓの所定の領域には、ターゲット領域Ｔが画定されてもよい。例えば、ターゲット領域Ｔは、磁場が生成される領域を意味することができる。構造形成部１１０は、透磁率の高い磁性体で構成されて磁場の強さを増幅させる機能を行うことができる。

磁場生成部１２０は、構造形成部１１０の所定位置（例えば、頂点）から延設され、内部空間Ｓに画定されたターゲット領域Ｔに向けるように配置されてもよい。上述した構造形成部１１０及び磁場生成部１２０の構造により、磁場生成部１２０は、磁場の外部漏れを低減して高密度の磁場をターゲット領域Ｔに生成することができる。磁場生成部１２０は、第１磁場生成部１２１及び第２磁場生成部１２２を含んでいてもよい。

図２を参照すると、第１磁場生成部１２１は、構造形成部１１０の所定位置から延設される第１磁気コア１２１ａと、第１磁気コア１２１ａに巻回され、一方の端が第１電源部１３１と連結される第１コイル１２１ｂと、一方の端が第１コイル１２１ｂの他方の端と連結され、他方の端が第１電源部１３１と連結される第１可変キャパシタ１２１ｃと、を含んでいてもよい。例えば、第１磁気コア１２１ａは、円筒状の磁性体で形成されてもよい。例えば、第１可変キャパシタ１２１ｃは、並列に連結される複数のキャパシタで構成されてよい。

第１コイル１２１ｂ、第１可変キャパシタ１２１ｃ、及び第１電源部１３１は、第１閉回路を形成してもよい。例えば、第１コイル１２１ｂは、抵抗Ｒ及びインダクタＬ成分を含んでいてもよく、このため、抵抗Ｒ、インダクタＬ、第１可変キャパシタ１２１ｃで構成される第１閉回路の共振周波数は、第１可変キャパシタ１２１ｃのキャパシタンスに応じて可変されてもよい。

図３を参照すると、第２磁場生成部１２２は、構造形成部１１０の所定位置から延設される第２磁気コア１２２ａと、第２磁気コア１２２ａに巻回され、一方の端が第２電源部１３２と連結される第２コイル１２２ｂと、一方の端が第２コイル１２２ｂの他方の端と連結され、他方の端が第２電源部１３２と連結される第２可変キャパシタ１２２ｃと、を含んでいてもよい。例えば、第２磁気コア１２２ａは、円筒状の磁性体で形成されてもよい。例えば、第２可変キャパシタ１２２ｃは、並列に連結される複数のキャパシタで構成されてもよい。

第２コイル１２２ｂ、第２可変キャパシタ１２２ｃ、及び第２電源部１３２は、第２閉回路を形成してもよい。例えば、第２コイル１２２ｂは、抵抗Ｒ及びインダクタＬ成分を含んでいてもよく、このため、抵抗Ｒ、インダクタＬ、第２可変キャパシタ１２２ｃで構成される第２閉回路の共振周波数は、第２可変キャパシタ１２２ｃのキャパシタンスに応じて可変されてもよい。

つまり、上述した第１閉回路及び第２閉回路には、インダクタンスのほか、可変キャパシタ（すなわち、第１可変キャパシタ１２１ｃ及び第２可変キャパシタ１２２ｃに起因するキャパシタンスが追加されているため、特定の周波数で磁場が最大になる共振を起こすことができる。このとき、共振点は、第１可変キャパシタ１２１ｃ及び第２可変キャパシタ１２２ｃのキャパシタンスの制御により調整可能であるので、キャパシタンスの変化範囲が十分であればどのような周波数でも共振を発生させることが可能である。例えば、第１可変キャパシタ１２１ｃ及び第２可変キャパシタ１２２ｃのキャパシタンスは、互いに同一または異なる値を有するように設定されてもよい。

したがって、所望の周波数で共振が発生するように、第１可変キャパシタ１２１ｃおよび／または第２可変キャパシタ１２２ｃのキャパシタンスを調整して、特定の周波数（例えば、入力電圧の周波数）で磁場を生成することができる。

このとき、第１コイル１２１ｂ及び第２コイル１２２ｂに流れる電流は、次の数１の通りである。

再び図１を参照すると、電源部１３０は、磁場生成部１２０に電源を供給することができる。電源部１３０は、第１磁場生成部１２１に電源を供給する第１電源部１３１と、第２磁場生成部１２２に電源を供給する第２電源部１３２と、を含んでいてもよい。図１では、第１電源部１３１及び第２電源部１３２に区分して説明したが、電源部１３０が第１磁場生成部１２１及び第２磁場生成部１２２に独立して電源を供給ように構成してもよい。

図４は、本発明の第２実施形態に係る磁場生成装置を示す。図５は、本発明の第２実施形態に係る磁場生成装置の複数の磁場生成部のうちのいずれか１つを具体的に示す。

まず、図４を参照すると、本発明の第２実施形態に係る磁場生成装置１０００は、立方体または直方体の立体構造を有してもよい。

本発明の第２実施形態に係る磁場生成装置１０００は、構造形成部１１００、磁場生成部１２１０〜１２８０、および電源部１３００を含んでいてもよい。

構造形成部１１００は、内部空間Ｓを有する立方体または直方体の構造を形成してもよい。内部空間Ｓの所定の領域には、ターゲット領域Ｔが画定されてもよい。例えば、ターゲット領域Ｔは、磁場が生成される領域を意味することができる。構造形成部１１００は、透磁率の高い磁性体で構成されて磁場の強さを増幅させる機能を行うことができる。

磁場生成部１２１０〜１２８０は、構造形成部１１００の所定位置（例えば、８つの頂点）から延設され、内部空間Ｓに画定されたターゲット領域Ｔに向けるように配置されてもよい。上述した構造形成部１１００及び磁場生成部１２１０〜１２８０の構造により、磁場生成部１２１０〜１２８０は、磁場の外部漏れを低減して高密度の磁場をターゲット領域Ｔに生成することができる。磁場生成部１２１０〜１２８０は、複数個で構成されてもよく、図４では８個で示されているが、この数に限られるものではない。

図５を参照すると、磁場生成部１２１０が示される。磁場生成部１２１０は、構造形成部１１００の所定位置（例えば、８つの頂点のうちのいずれか１つ）から延設される磁気コア１２１１と、磁気コア１２１１に巻回され、一方の端が第１電源部１３１０と連結されるコイル１２１２と、一方の端が１２１２の他方の端と連結され、他方の端が第１電源部１３１０と連結される可変キャパシタ１２１３と、を含んでいてもよい。例えば、磁気コア１２１１は、円筒状の磁性体で形成されてもよい。例えば、可変キャパシタ１２１３は、並列に連結される複数のキャパシタで構成されてもよい。

コイル１２１２、可変キャパシタ１２１３、及び第１電源部１３１０は、閉回路を形成してもよい。例えば、コイル１２１２は、抵抗Ｒ及びインダクタＬ成分を含んでいてもよく、このため、抵抗Ｒ、インダクタＬ、可変キャパシタ１２１３で構成される閉回路の共振周波数は、可変キャパシタ１２１３のキャパシタンスに応じて可変されてもよい。

一方、図５に関連した説明は、他の磁場生成部１２２０〜１２８０にも同様に適用することができる。例えば、磁場生成部１２２０〜１２８０のそれぞれも、磁気コア、コイル及び可変キャパシタを含んでいてもよく、それぞれの磁場生成部１２２０〜１２８０は、対応する電源部１３２０〜１３３０から電源を供給されてもよく、それぞれのコイル、可変キャパシタおよび電源部は、閉回路を形成してもよい。

つまり、複数の磁場生成部１２１０〜１２８０のそれぞれが形成する閉回路には、インダクタンスのほか、可変キャパシタによるキャパシタンスが追加されているため、特定の周波数で磁場が最大になる共振を起こすことができる。このとき、共振点は、それぞれの可変キャパシタのキャパシタンスの制御により調整可能であるので、キャパシタンスの変化範囲が十分であればどのような周波数でも共振を発生させることが可能である。例えば、各可変キャパシタのキャパシタンスは、互いに同一または異なる値を有するように設定されてもよい。

したがって、所望の周波数で共振が発生するように、各可変キャパシタのキャパシタンスを調整して、特定の周波数（例えば、入力電圧の周波数）で磁場を生成することができる。

図６は、本発明の第３実施形態に係る磁場生成装置を示す。

図６を参照すると、本発明の第３実施形態に係る磁場生成装置２０００は、球状の立体構造を有してもよい。

本発明の第３実施形態に係る磁場生成装置２０００は、構造形成部２１００、磁場生成部２２１０〜２２８０、および電源部２３００を含んでいてもよい。

図６に示す本発明の第３実施形態に係る磁場生成装置２０００は、図４及び図５を参照して説明した本発明の第２実施形態に係る磁場生成装置１０００と比べて、構造形成部２１００及び磁場生成部２２１０〜２２８０の構造及び配置の面を除いては、磁場生成部２２１０〜２２８０の動作と機能の面では実質的に同一であってもよい。したがって、以下では、不必要な説明の繰り返しを避けるために、相違点を中心として簡単に説明する。

構造形成部２１００は、内部空間Ｓを有する球状の構造を形成してもよい。内部空間Ｓの所定の領域には、ターゲット領域Ｔが画定されてもよい。構造形成部２１００は、内部に画定された面が互いに直交し且つその中心が互いに一致するように結合される２つの円形磁気コアリングＲ１、Ｒ２を含んでいてもよい。

磁場生成部２２１０〜２２８０は、構造形成部２１００の所定位置（例えば、それぞれの円形磁気コアリングＲ１、Ｒ２の所定位置）から延設され、内部空間Ｓに画定されたターゲット領域Ｔに向けるように配置されてもよい。上述した構造形成部２１００及び磁場生成部２２１０〜２２８０の構造により、磁場生成部２２１０〜２２８０は、磁場の外部漏れを低減して高密度の磁場をターゲット領域Ｔに生成することができる。磁場生成部２２１０〜２２８０は、複数個で構成されてもよく、図６では８個で示されているが、この数に限れるものではない。

磁場生成部２２１０〜２２８０のそれぞれの具体的な構造は、図５を参照して説明したものと同様であってもよい。したがって、所望の周波数で共振が発生するように、各可変キャパシタのキャパシタンスを調整して、特定の周波数（例えば、入力電圧の周波数）で磁場を生成することができる。

図７は、一般的な磁場生成装置によって生成される磁場を示す図である。図８は、本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置によって生成される磁場を示す図である。

図７及び図８を参照すると、第１コイル１２１ｂが１６２０回巻回された直径７０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの第１磁気コア１２１ａ及び第２コイル１２２ｂが１６２０回巻回された直径７０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの第２磁気コア１２２ａにそれぞれ１０Ａの電流を印加した場合、第１磁気コア１２１ａ及び第２磁気コア１２２ａの先端から１２５ｍｍ離れた位置（すなわち、ターゲット領域Ｔ）における磁場は、開磁気回路（図７参照）と閉磁気回路（すなわち、本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置１００、図８参照）において、それぞれ１８ｍＴ、５８ｍＴと算出される。これは、本発明の第１実施形態に係る磁場生成装置１００の磁場生成能力が、一般的な磁場生成装置を使用した場合よりも３倍以上優れていることを意味する。

図９は、可変キャパシタがない磁場生成装置に印加される電圧の周波数の変化による磁場の変化を示す図である。図１０は、可変キャパシタがある磁場生成装置に印加される電圧の周波数の変化による磁場の変化を示す図である。

図９を参照すると、インダクタンス効果によって印加される電圧の周波数が増加するにつれて生成される電流が小さくなることが確認される。一方、図１０を参照すると、２５．４Ｈｚの周波数で共振が起こるように可変キャパシタのキャパシタンスを調整したものであって、可変キャパシタがない場合に比べて電流が約２．２倍〜４．３倍大きくなることが確認される。このような電流増加の効果により２５．４Ｈｚの周波数で可変キャパシタがない場合に生成できる回転磁場の大きさが５ｍＴであるのに対し、可変キャパシタがある場合には１４ｍＴに増加することを確認することができる。

図１１は、本発明の一実施形態に係る移動ロボットを示す斜視図であり、図１２は、図１１の移動ロボットを示す分解斜視図である。

図１１及び図１２を参照すると、移動ロボット３０００は、回転しながら振動する外部磁場によって磁石の磁場が強制的に同期化されることにより、クロールモーション（ｃｒａｗｌｉｎｇｍｏｔｉｏｎ）が形成されて移動する。

移動ロボット３０００は、第１ステアリングモジュール３１００、移動モジュール３２００、第２ステアリングモジュール３３００は、第１および第２連結部３４１０、３４２０を含む。

第１ステアリングモジュール３１００、移動モジュール３２００、及び第２ステアリングモジュール３３００は、順次位置する。第１ステアリングモジュール３１００と第２ステアリングモジュール３３００は、移動ロボット３０００の方向を転換し、クロールモーションによる動きを発生させる。移動モジュール３２００は、上述した外部磁場によって制御され、磁力によって第１ステアリングモジュール３１００と第２ステアリングモジュール３３００に駆動力を提供する。また、第１連結部３４１０は、第１ステアリングモジュール３１００と移動モジュール３２００とを連結し、第２連結部３４２０は、移動モジュール３２００と第２ステアリングモジュール３３００とを連結する。実施形態によれば、一対の薄板が第１連結部３４１０と第２連結部３４２０のそれぞれに提供され、第１ステアリングモジュール３１００、移動モジュール３２００、及び第２ステアリングモジュール３３００を連結するように平行に配置される。

第１ステアリングモジュール３１００は、第１ステアリング胴体３１１０、第１スペーサ３１２０、第１ステアリング磁石３１３０、第２ステアリング磁石３１４０、及び一対の脚３１５１、３１５２を含む。

第１ステアリング胴体３１１０は、前記第１ステアリングモジュール３１００の構成３１２０、３１３０、３１４０を収容する空間が内部に形成される。実施形態によれば、第１ステアリング胴体３１１０は、上部３１１１と下部３１１２が分離可能に提供されてもよい。

第１スペーサ３１２０は、第１ステアリング胴体３１１０内に供給され、第１方向Ｙを軸として回転可能に提供される。実施形態によれば、第１スペーサ３１２０は、上端及び下端が円柱形状で提供されてもよい。

第１ステアリング磁石３１３０は、第１スペーサ３１２０の上端に挿入固定され、第２ステアリング磁石３１４０は、第１スペーサ３１２０の下端に挿入固定される。第１ステアリング磁石３１３０と第２ステアリング磁石３１４０は、第１スペーサ３１２０の上端と下端にそれぞれ対応する内径を有するリング状（ｒｉｎｇｓｈａｐｅ）で提供される。第１ステアリング磁石３１３０と第２ステアリング磁石３１４０は、第１スペーサ３１２０と一体に回転する。

第１ステアリング磁石３１３０と第２ステアリング磁石３１４０は、横方向に磁化される。実施形態によれば、第１ステアリング磁石３１３０及び第２ステアリング磁石３１４０のＮ極３１３１、３１４１及びＳ極３１３２、３１４２は、横方向に配置される。

第１ステアリング磁石３１３０と第２ステアリング磁石３１４０は、所定の距離だけ離間して第１スペーサ３１２０に位置し、互いに異なる極性同士に対向するように配置される。具体的には、第１方向Ｙに第１ステアリング磁石３１３０のＮ極３１３１と第２ステアリング磁石３１４０のＳ極３１４２とが対向配置され、第１ステアリング磁石３１３０のＳ極３１３２と第２ステアリング磁石３１４０のＮ極３１４１とが対向配置される。このために、第１ステアリング磁石３１３０と第２ステアリング磁石３１４０との間の磁気モーメントは、合計０になる。これにより、外部磁場による力やトルクは、第１ステアリング磁石３１３０と第２ステアリング磁石３１４０の動きに影響を与えない。

一対の脚３１５１、３１５２は、所定の長さを有するロッドで提供されており、第１スペーサ３１２０の上端と下端にそれぞれ結合される。脚３１５１、３５１２は、第１スペース３１２０と一体に回転する。実施形態によれば、脚３１５１、３１５２は、第１方向Ｙに対して所定の傾きで第１スペース３１２０と連結され、先端が丸く加工される。

図１３は、図１１の移動モジュールを示す断面図である。

図１１〜図１３を参照すると、移動モジュール３２００は、移動胴体３２１０、移動磁石３２２０、及び移動磁石カバー３２３０を含む。

移動胴体３２１０は、移動磁石３２２０及び移動磁石カバー３２３０を収容する空間が内部に形成される。移動胴体３２１０は、上部３２１１と下部３２１２が分離可能に提供されてもよい。移動胴体３２１０の内部空間には、ガイド溝３２１３と係止段部３２１４が形成される。実施形態によれば、ガイド溝３２１３は、移動胴体３２１０の内側周囲に沿って０°〜１８０°の範囲で形成され、係止段部３２１４は、１８０°〜３６０°の範囲で形成される。

移動磁石３２２０は、移動胴体３２１０の内部に位置し、第１方向Ｙに垂直な第２方向Ｘに長く延びる形状で提供される。実施形態によれば、移動磁石３２２０は、円柱状であり、第２方向Ｘの中心軸を有する。移動磁石３２２０は、第２方向Ｘに垂直な方向に着磁される。移動磁石３２２０の第２方向Ｘに垂直な断面は、半分がＮ極３２２１で提供され、残りの半分がＳ極３２２２で提供される。移動磁石３２２０は、外部磁場の力とトルクによって第２方向Ｘを軸として回転可能である。

移動磁石カバー３２３０は、前面と背面が開放された円筒形状であり、内部に移動磁石３２２０が収容される空間を有する。移動磁石カバー３２３０は、移動磁石３２２０の外周面を囲繞する。移動磁石カバー３２３０の外側面には、係止突起３２３１が形成される。係止突起３２３１は、ガイド溝３２１３内に位置し、移動磁石３２２０の回転に伴ってガイド溝３２１３内を移動する。係止突起３２３１は、ガイド溝３２１３に沿って０°〜１８０°の範囲で移動することができる。また、係止突起３２３１は、係止段部３２１４によって１８０°〜３６０°の範囲で移動が制限される。

第２ステアリングモジュール３３００は、第２ステアリング胴体３３１０、第２スペーサ（図示せず）、第３ステアリング磁石、第４ステアリング磁石（図示せず）、及び一対の脚３３５１、３３５２を含む。第２ステアリングモジュール３３００の各構成は、第１ステアリングモジュール３１００の構成と同様の構成を有するので、詳細な説明は省略する。

以下、上述した移動ロボットの駆動原理について詳しく説明する。

移動ロボット３１００は、下記数１のように、外部磁場による移動磁石３２２０の磁気トルク運動によって移動する。

移動ロボット１００は、下記数１のように、外部磁場による移動磁石２２０の磁気トルク運動によって移動する。

図１４は、本発明の実施形態に係る外部磁場が印加される例を示す図であり、図１５は、振動磁場の回転方向に沿った移動ロボットの動きを示す図である。（ａ）は、反時計方向に回転する振動磁場による移動ロボットの移動過程を示し、（ｂ）は、時計方向に回転する振動磁場による移動ロボットの移動過程を示す。

図１４及び図１５を参照すると、外部磁場１は、ＸＹ平面に平行な方向に振動する振動磁場２が、移動ロボット３０００の周囲に沿って時計回りまたは反時計回りに３６０°回転するように提供される。

図１５の（ａ）に示すように、振動磁場２が反時計方向に回転するとき、移動ロボット３０００の上脚と管壁との間の摩擦力は、下脚と管壁との間の摩擦力よりも小さい。このとき、移動ロボット３０００は、距離△χだけ前進する。

図１５のＢのように、振動磁場２が時計方向に回転するとき、移動ロボット１０の上脚と管壁との間の摩擦力は、下脚と管壁との間の摩擦力よりも大きい。この場合にも、移動ロボット３０００は、距離△χだけ前進する。

ここで、Ｂ_０は外部磁場の強さ、αは外部磁場の振動のための最大回転角、ｆ_１は振動周波数である。

一方、振動磁場２をＸＹ平面に平行に生成しない場合には、移動ロボット３０００の移動性能が低下し、ＸＹ平面に垂直に生成する場合には、移動ロボット３０００の動きが発生しない。

このようなＸＹ平面のように移動ロボット３０００が最大駆動性能を発揮できる平面では、曲がった管や複雑な管のように移動ロボット３０００が一定の姿勢を取らずに回転する場合には、姿勢の変化に応じて異なる振動磁場を生成しなければならない。このとき、振動磁場２を精密且つ即時の反応によって変えなければならず、これを手動で達成することは非常に難しく、移動時間の増加を引き起こす。

この場合、上述した１８０°〜３６０°の範囲で回転する磁場によって移動ロボット３０００を強制的に回転させるとともに、振動磁場２を生成すると、移動ロボット３０００は、回転しながら移動し、姿勢に関係なく、簡単に一定の移動性能を出せるように制御されてもよい。このような回転振動磁場２は、次のように数３で表される。

ここで、ｆ_２は外部磁場の回転周波数である。

図１６は、回転する振動磁場によって移動ロボットが回転する過程を示す図である。

図１６を参照すると、移動磁石３２２０は、回転する振動磁場２によって発生するトルクにより回転する。具体的には、移動磁石３２２０と移動磁石カバー３２３０は、０°〜１８０°回転範囲Ａにおいて、係止突起３２３１がガイド溝３２１３に沿って移動しながら移動胴体３２１０内で回転する。１８０°〜３６０°回転範囲Ｂでは、係止突起３２３１が係止段部３２１４に係止され、移動磁石３２２０の回転力により移動磁石カバー３２３０と移動カバー３２１０が共に回転する。これにより、移動ロボット３０００全体が強制的に回転することができる。

図１７〜図１９は、外部磁場によって移動ロボットが移動方向を変更する過程を順次示す図であり、図２０は、図１７の移動ロボットにおけるステアリング磁石と移動磁石との配置関係を示す図であり、図２１は、図１９の移動ロボットにおけるステアリング磁石と移動磁石との配置関係を示す図である。

図１７〜図２１を参照すると、移動方向を決定する純粋な摩擦力の方向は、脚３１５１、３１５２、３３５１、３３５２の傾斜方向の影響を受け、移動ロボット３０００の前後進方向転換は、脚３１５１、３１５２、３３５１、３３５２の傾斜方向の反転により行われる。

前述したように、第１ステアリング磁石３１３０と第２ステアリング磁石３１４０との間には磁気モーメントの和が０であるので、外部磁場の影響を受けず、移動磁石３２２０の引力及び斥力の影響のみを受ける。

移動磁石３２２０の一方の極の磁力が第１ステアリング磁石３１３０に作用し、他方の極の磁力が第２ステアリング磁石３１４０に作用する。移動磁石３２２０が０°〜１８０°回転範囲で回転すると、移動磁石３２２０との斥力によってステアリング磁石３１３０、３１４０に磁気トルクが加えられ、ステアリング磁石３１３０、３１４０は第１方向Ｙを軸として回転する。ステアリング磁石３１３０、３１４０の回転に応じてスペーサ３１２０とこれに取り付けられた脚３１５１、３１５２、３３５１、３３５２とが回転し、脚３１５１、３１５２、３３５１、３３５２の傾斜方向が変わると、移動ロボット３０００の移動方向が変わる。

図２２は、本発明の実施形態による移動ロボットのＹ型分岐管における移動及び方向転換を示す実験写真である。

図２２を参照すると、実験に用いた移動ロボットの最大幅は１３ｍｍ、長さは２７ｍｍである。移動ロボットがＹ型分岐管内を１４ｍＴの回転振動磁場によって移動及び方向転換を行う様子を示す。前記数３の外部磁場生成変数である振動角、振動周波数及び回転周波数は、それぞれ６０度、８Ｈｚ及び１０Ｈｚである。考案された移動ロボットが過程１から過程２に移動する際に、回転振動磁場の回転軸を曲げて移動ロボットの方向を転換し、過程２から過程３に移動する際に、上述の方向転換の方法を用いて、脚の傾斜方向を変更した。同様の方法で、振動磁場の回転軸を曲げて脚の傾斜角度を切り替える方式により、Ｙ型分岐管を循環した後、移動ロボットは元の位置に戻る。

図２３は、本発明の移動ロボット及びこれと比較対象である回転マグネチックロボットの直管での動きを比較実験した写真及びその結果を示すグラフである。実験は、直管内に脈動流を発生させて行った。図２３の（ａ）は、本発明の移動ロボット３００１と回転マグネチックロボット３００２が直管内を移動する様子を示す写真であり、図２３の（ｂ）は、直管に流れる脈動流の時間による流量の変化を示すグラフであり、図２３の（ｃ）は、各ロボット３００１、３００２の時間による移動距離を示すグラフである。

移動ロボット３００１は前記提示した外部磁場生成変数を使用し、回転マグネチックロボット３００２は９Ｈｚの回転磁場を使用した。２つの二ロボット３００１、３００２は、０秒から２．５秒の間は外部磁場で制御されず、その後１７秒まで外部磁場で制御された。測定結果から、外部磁場による制御がない場合に脈動流によって押し出された回転マグネチックロボット３００２に比べて、本発明の移動ロボット３００１は、安定して位置を維持していることが分かる。また、外部磁場による制御がある場合に脈動周波数に応じて位置が大きく変化した回転マグネチックロボット３００２に比べて、本発明の移動ロボット３００１は、後方に押し出されることなく比較的安定した位置増加を示した。

図２４は、本発明の実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。

図２４を参照すると、マグネチックチューブシステム４１００は、チューブ４１１０とマグネチック部４１２０とを含む。

チューブ４１１０は、所定の直径を有する管形状を有し、柔軟な材質からなる。

マグネチック部４１２０は、チューブ４１１０に挿入されて提供され、磁気モーメントの方向が外部磁場によって生成される磁力の方向と整列されるようにチューブ４１１０の形態を変形させることができる。マグネチック部４１２０は、少なくとも２つ以上の磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０を含んでいてもよい。前記磁性体は、チューブ４１１０の長手方向Ｘに沿って順次挿入されてもよい。前記磁性体は、所定の距離を保ちながら挿入されてもよい。

実施形態によれば、前記磁性体の磁気モーメントの方向は異なっていてもよい。磁気モーメントの方向が互いに異なる少なくとも２つ以上の前記磁性体のうちのいずれか１つの磁性体は、磁気モーメントの方向がチューブ４１１０の長手方向Ｘと同一であり、他の一つの磁性体は、磁気モーメントの方向がチューブ４１１０の長手方向Ｘと所定の角度を成してもよい。また他の一つの磁性体は、磁気モーメントの方向がチューブ４１１０の長手方向Ｘと同一である前記磁性体の磁気モーメントの方向と反対方向の磁気モーメントを有してもよい。

実施形態によれば、前記磁性体の磁気モーメントの大きさは互いに異なってもよい。磁気モーメントの大きさが異なる少なくとも２つ以上の前記磁性体のうちのいずれか１つの磁性体は、磁気モーメントの大きさが他の一つの磁性体の磁気モーメントの大きさよりも大きくてもよい。

上述したマグネチックチューブシステム４１００の外部磁場が印加された場合、外部磁場によってマグネチックチューブシステム４１００に挿入されたマグネチック部４１２０が受ける磁気力と磁気トルクは、次のような数４及び数５で表される。

マグネチックチューブシステム４１００に挿入されたマグネチック部４１２０が受ける磁気力及び磁気トルクは、数４及び数５によって計算することができる。

外部磁場によってマグネチック部４１２０が受ける磁気トルクの大きさがチューブ４１１０の弾性力よりも大きい場合、マグネチック部４１２０の磁気モーメントの方向が外部磁場の磁力の方向と一致するようにチューブ４１１０が変形されてもよい。

以下、上述したマグネチックチューブシステムの様々な実施形態について説明する。本実施形態では、マグネチック部４１２０が５つの磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０を含むものと説明するが、磁性体の数は、多様に変更されてもよい。

図２５は、本発明の第１実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。４１００Ａは、外部磁場が印加される前のマグネチックチューブシステムを示し、４１００Ｂは、外部磁場の印加に伴うマグネチックチューブシステムの変形形態を示す。

まず、図２５の４１００Ａを参照すると、マグネチックチューブシステム４１００は、チューブ４１１０と、チューブに挿入された第１〜第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０と、を含む。

マグネチックチューブシステム４１００Ａのチューブ４１１０に挿入された第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０の磁気モーメント４１２２ａ、４１２４ａ、４１２６ａ、４１２８ａ、４１３０ａは、方向が異なっていてもよく、大きさが同じであってもよい。

第１磁性体４１２２の磁気モーメント４１２２ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘに対して垂直であり、第３磁性体４１２６の磁気モーメント４１２６ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘに対して４５°の角度を成し、第５磁性体４１３０の磁気モーメント４１３０ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと同一であってもよい。第２磁性体４１２４の磁気モーメント４１２４ａの方向は、第１磁性体４１２２の磁気モーメント４１２２ａの方向と第３磁性体４１２６の磁気モーメント４１２６ａの方向との間の範囲において、チューブの長手方向Ｘと所定の角度を成してもよく、第４磁性体４１２８の磁気モーメント４１２８ａの方向は、第３磁性体４１２６の磁気モーメント４１２６ａの方向と第５磁性体４１３０の磁気モーメント４１３０ａの方向との間の範囲において、チューブの長手方向Ｘと所定の角度を成してもよい。実施形態によれば、第２磁性体４１２４の磁気モーメント４１２４ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと６７．５°の角度を成してもよく、第４磁性体４１２８の磁気モーメント４１２８ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと２２．５°の角度を成してもよい。

図２５の４１００Ｂを参照すると、外部磁場によって生成される磁力の方向がチューブ４１１０の長手方向Ｘと同一である場合、第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０は、外部磁場から磁気トルクを受けて、磁気モーメント４１２２ａ、４１２４ａ、４１２６ａ、４１２８ａ、４１３０ａの方向が外部磁場の磁力の方向と一致するように整列されてもよい。

具体的には、第１磁性体４１２２は、磁気モーメント４１２２ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに９０°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第２磁性体４１２４は、磁気モーメント４１２４ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに６７．５°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第３磁性体４１２６は、磁気モーメント４１２６ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに４５°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第４磁性体４１２８は、磁気モーメント４１２８ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに２２．５°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第５磁性体４１３０は、磁気モーメント４１３０ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するので、チューブ４１１０を変形させない。

上述した第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０を整列することにより、チューブ４１１０は、その先端が下側に向けるように折り曲げられても良い。

図２６は、本発明の第２実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。４１００Ａは、外部磁場が印加される前のマグネチックチューブシステムを示し、４１００Ｂは、外部磁場の印加に伴うマグネチックチューブシステムの変形形態を示す。

図２６を参照すると、マグネチックチューブシステム４１００は、チューブ４１１０と、チューブに挿入された第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０と、を含む。

マグネチックチューブシステム４１００Ａのチューブ４１１０に挿入された第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０の磁気モーメント４１２２ａ、４１２４ａ、４１２６ａ、４１２８ａ、４１３０ａは、方向が異なっていてもよく、大きさが同一であってもよい。

第１磁性体４１２２の磁気モーメント４１２２ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘとは反対方向であり、第２磁性体４１２４の磁気モーメント４１２４ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと１３５°の角度を成し、第３磁性体４１２６の磁気モーメント４１２６ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘに垂直であり、第４磁性体４１２８の磁気モーメント４１２８ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと４５°の角度を成し、第５磁性体４１３０の磁気モーメント４１３０ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと同一である。

図２６の４１００Ｂを参照すると、外部磁場によって生成される磁力の方向がチューブ４１１０の長手方向Ｘと同一である場合、第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０は、外部磁場から磁気トルクを受けて、磁気モーメント４１２２ａ、４１２４ａ、４１２６ａ、４１２８ａ、４１３０ａの方向が外部磁場の磁力の方向と一致するように整列されてもよい。

具体的には、第１磁性体４１２２は、磁気モーメント４１２２ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに１８０°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第２磁性体４１２４は、磁気モーメント４１２４ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに１３５°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第３磁性体４１２６は、磁気モーメント４１２６ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに９０°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第４磁性体４１２８は、磁気モーメント４１２８ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに４５°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第５磁性体４１３０は、磁気モーメント４１３０ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するので、チューブ４１１０を変形させない。

上述した第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０を整列することにより、チューブ４１１０は、Ｃ形状に変形されてもよい。

図２７は、本発明の第３実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。４１００Ａは、外部磁場が印加される前のマグネチックチューブシステムを示し、４１００Ｂは、外部磁場の印加に伴うマグネチックチューブシステムの変形形態を示す。

図２７を参照すると、マグネチックチューブシステム４１００は、チューブ４１１０と、チューブに挿入された第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０と、を含む。

第１磁性体４１２２及び第５磁性体４１３０の磁気モーメント４１２２ａ、４１３０ａ方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと同一であり、第２磁性体４１２４及び第４磁性体４１２８の磁気モーメント４１２４ａ、４１２８ａ方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと４５°の角度を成し、第３磁性体４１２６の磁気モーメント４１２６ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘに垂直である。

図２７の４１００Ｂを参照すると、外部磁場によって生成される磁力の方向がチューブ４１１０の長手方向Ｘと同一である場合、第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０は、外部磁場から磁気トルクを受けて、磁気モーメント４１２２ａ、４１２４ａ、４１２６ａ、４１２８ａ、４１３０ａの方向が外部磁場の磁力の方向と一致するように整列されてもよい。

具体的には、第１磁性体４１２２及び第５磁性体４１３０は、磁気モーメント４１２２ａ、４１３０ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するので、チューブ４１１０を変形させない。第２磁性体４１２４及び第４磁性体４１２８は、磁気モーメント４１２４ａ、４１２８ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに４５°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第３磁性体４１２６は、磁気モーメント４１２６ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに９０°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。

上述した第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０を整列することにより、チューブ４１１０は、方向が２回変わるように折り曲げられてもよい。

図２８は、本発明の第４実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。４１００Ａは、外部磁場が印加される前のマグネチックチューブシステムを示し、４１００Ｂは、外部磁場の印加に伴うマグネチックチューブシステムの変形形態を示す。

図２８を参照すると、マグネチックチューブシステム４１００は、チューブ４１１０と、チューブに挿入された第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０と、を含む。

第１磁性体４１２２及び第５磁性体４１３０の磁気モーメント４１２２ａ、４１３０ａ方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと同一であり、第２磁性体４１２４及び第４磁性体４１２８の磁気モーメント４１２４ａ、４１２８ａ方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘに垂直であり、第３磁性体４１２６の磁気モーメント４１２６ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘとは反対方向である。

図２８の４１００Ｂを参照すると、外部磁場によって生成される磁力の方向がチューブ４１１０の長手方向Ｘと同一である場合、第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０は、外部磁場から磁気トルクを受けて、磁気モーメント４１２２ａ、４１２４ａ、４１２６ａ、４１２８ａ、４１３０ａの方向が外部磁場の磁力の方向と一致するように整列されてもよい。

具体的には、第１磁性体４１２２及び第５磁性体４１３０は、磁気モーメント４１２２ａ、４１３０ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するので、チューブ４１１０を変形させない。第２磁性体４１２４及び第４磁性体４１２８は、磁気モーメント４１２４ａ、４１２８ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに９０°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第３磁性体４１２６は、磁気モーメント４１２６ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに１８０°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。

上述した第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０を整列することにより、チューブ４１１０は、Ｓ字状に折り曲げられてもよい。

図２９は、本発明の第５実施形態に係るマグネチックチューブシステムを説明するための図である。

図２９を参照すると、マグネチックチューブシステム４１００は、チューブ４１１０と、チューブに挿入された第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０と、を含む。

マグネチックチューブシステム４１００Ａのチューブ４１１０に挿入された第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０の磁気モーメント４１２２ａ、４１２４ａ、４１２６ａ、４１２８ａ、４１３０ａは、方向及び大きさが異なっていてもよい。

第１磁性体４１２２の磁気モーメント４１２２ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘとは反対方向であり、第２磁性体４１２４の磁気モーメント４１２４ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと１３５°の角度を成し、第３磁性体４１２６の磁気モーメント４１２６ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘに垂直であり、第４磁性体４１２８の磁気モーメント４１２８ａ方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと４５°の角度を成し、第５磁性体４１３０の磁気モーメント４１３０ａの方向は、チューブ４１１０の長手方向Ｘと同一である。

第３磁性体４１２６及び第５磁性体４１３０の磁気モーメント４１２６ａ、４１３０ａの大きさは、第１磁性体４１２２、第２磁性体４１２４及び第４磁性体４１２８の磁気モーメント４１２２ａ、４１２４ａ、４１２８ａの大きさよりも大きい。

図３０は、本発明の第５実施形態に係るマグネチックチューブシステムに弱い強さを有する外部磁場が印加されたときのマグネチックチューブシステムの変形例を示す図である。

図３０を参照すると、外部磁場４２００の磁力は、チューブの長手方向Ｘと同じ方向に弱い強さで印加されてもよい。

外部磁場４２００の印加により、相対的に大きい磁気モーメントを有する第３磁性体４１２６及び第５磁性体４１３０が、第１磁性体４１２２、第２磁性体４１２４及び第４磁性体４１２８に比べてより大きな磁気力及び磁気トルクを受ける。これにより、第３磁性体４１２６及び第５磁性体４１３０が、外部磁場４２００の磁力の方向に整列されてもよい。

具体的には、第３磁性体４１２６は、磁気モーメント４１２６ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するように、時計回りに９０°回転しながらチューブ４１１０を変形させる。第５磁性体４１３０は、磁気モーメント４１３０ａの方向が外部磁場４２００の磁力の方向と一致するので、チューブ４１１０を変形させない。

一方、第１磁性体４１２２、第２磁性体４１２４及び第４磁性体４１２８は、小さい大きさの磁気モーメントに起因して、外部磁場４２００から弱い強さの磁気トルク及び磁力を受ける。このため、第１の磁性体４１２２、第２の磁性体４１２４、および第４の磁性体４１２８は、チューブ４１１０の弾性を克服することができないため、外部磁場４２００の磁力の方向に整列されることができない。

図３１は、本発明の第５実施形態に係るマグネチックチューブシステムに強い強さを有する外部磁場が印加されたときのマグネチックチューブシステムの変形例を示す図である。

図３１を参照すると、外部磁場４２００の磁力は、チューブの長手方向Ｘと同じ方向に強い強さで印加されてもよい。

図２９とは異なり、強力な外部磁場４２００を印加することにより、第１から第５磁性体４１２２、４１２４、４１２６、４１２８、４１３０は、磁力及び磁気トルクを受けて、磁気モーメント４１２２ａ、４１２４ａ、４１２６ａ、４１２８ａ、４１３０ａの方向が外部磁場の磁力の方向と一致するように整列されてもよい。

このように、磁性体の磁気モーメントの大きさを様々に変えることにより、チューブの変形形状を選択することができる。

上述した様々な実施形態では、磁性体の磁気モーメントの方向及び大きさを様々に変えることにより、チューブを様々な形状に変形させることができることを確認した。本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、所望のチューブの形状に応じて、磁気モーメントの方向及び大きさを様々に変えることができる。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な修正及び変形が可能である。

したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、下記の請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

本発明は、管内移動装置の動きを制御することができる磁場制御システムに関するもので、血管、消化器、尿道などの人体の管状組織、または家庭用パイプ、工業パイプなどの様々な管環境内の移動が可能な装置の動きの制御に使用することができる。

Claims

直方体、立方体または球形状の立体構造で形成され、内部空間を有し、磁性体で提供される構造形成部と、
前記構造形成部の互いに異なる位置から前記内部空間へ延設され、前記内部空間に画定されたターゲット領域に向けるように配置され、磁場を生成する複数個の磁場生成部と、
前記磁場生成部とそれぞれ連結され、前記磁場生成部に電源を供給する複数個の電源部と、
を含み、
前記磁場生成部のそれぞれは、
前記構造形成部から延設される磁気コアと、
前記磁気コアに巻回されるコイルと、
一方の端が前記コイルの他方の端と連結され、他方の端が何れか一つの前記電源部と連結される可変キャパシタと、を含み、
それぞれの前記コイル、前記可変キャパシタ及び該可変キャパシタに連結された前記電源部は、閉回路を形成し、
前記コイルへ印加される電流により、前記磁気コアに生成される磁場、前記構造形成部に生成される磁場、および前記ターゲット領域に生成される磁場は、閉磁気回路を形成する、磁場制御システム。
前記可変キャパシタのキャパシタンスに応じて前記閉回路の共振周波数が可変されることを特徴とする請求項１に記載の磁場制御システム。
前記可変キャパシタのキャパシタンスは、互いに同一または異なる値を有するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の磁場制御システム。
前記磁気コアは、円筒状の磁性体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の磁場制御システム。
前記可変キャパシタのそれぞれは、並列に連結される複数のキャパシタで構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁場制御システム。
前記立体構造は、直方体または立方体であり、
前記磁気コアは、前記直方体または立方体の頂点から延長されて前記ターゲット領域に向けるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁場制御システム。
前記立体構造は、球（ｓｐｈｅｒｅ）であり、
前記構造形成部は、内部に画定された面が互いに直交し且つその中心が互いに一致するように結合される２つの円形磁気コアリングを含み、
前記磁気コアは、前記２つの円形磁気コアリングの所定位置から前記ターゲット領域に向けるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁場制御システム。