KR100380181B1 - 대장 검사용 마이크로 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 공기압을 이용하여 촬영 및 조명장치를 탑재한 마이크로 로봇을 대장내에서 스스로 이동할 수 있는 있도록 함으로서, 장내 검사를 보다 용이하게 실시할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 대장검사용 마이크로 로봇에 관한 것으로,

카메라 장치와 발광 다이오드가 전면에 설치되어 대장 내부를 촬영하기 위한 촬영장치와, 마이크로 로봇을 이동시키기 위한 실린더와 실린더 내부의 충격자로 구성된 공압 구동장치와, 충격자의 충격으로부터 카메라 장치 및 기타 대장검사 및 시술을 위한 장비를 보호하기 위한 충격 보호 장치와, 장벽과 마이크로 로봇 사이의 마찰을 조정하고, 장 내부를 쉽게 통과할 수 있도록 호형상인 다수개의 몸체 지지부와, 상기 몸체 지지부를 각각 독립적으로 제어하여 방향을 제어할 수 있는 방향제어장치로 이루어진 장내부 촬영로봇과;

상기 장내부 촬영로봇의 실린더내에 공압을 흡입 또는 충전함으로서 충격자를 이동시켜 전진 또는 후진을 결정하는 공압 공급부로 구성함이 특징이다.

Description

대장 검사용 마이크로 로봇{Micro Robot for Test the Large Intestines}

본 발명은 대장검사용 마이크로 로봇에 관한 것으로, 특히 외부 공기압을 이용하여 촬영 및 조명장치를 탑재한 마이크로 로봇을 대장내에서 스스로 이동할 수 있는 있도록 함으로서, 장내 검사를 보다 용이하게 실시할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 대장검사용 마이크로 로봇에 관한 것이다.

종래의 관내 이동용 로봇의 경우 정해진 관의 환경조건에 맞는 제한적인 경우에만 적절하였다.

따라서, 인체 내부와 같은 특수한 환경에서의 관찰을 위한 기반 기술로는 유용하지만 실질적인 적용에는 그 한계가 뚜렷하다.

즉, 현재까지는 자벌레형 구동방식이 많이 이용되고 있는 바, 상기 자발레형 구동방식은 진공장치를 이용하여 마이크로 로봇의 일부를 장벽에 부착하여 잡아당겨 이동함으로 인해 장벽에 손상을 입히거나, 부착한 부분에 자국을 남겨 실제 질병으로 인한 자국인지 부착으로 인한 자국인지 확인이 어려운 것이 현실이다.

결국 인체 장내와 같은 특수한 환경에서의 직접 사용은 곤란한 현실인 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 실린더내에 일정 압력의 공기를 주입 또는 흡입하여 충격자를 이동시킴으로서 내부 충격에 의한 전진 및 후진 이동을 가능케 하며, 몸체에 달린 유연한 몸체 지지부 크기의 조절을 통하여 마찰 및 이동방향을 조절함으로서 대장에서 마이크로 로봇이 통과하기 어려운 난제로 알려져 있는 α,γ루프(장이 꺾이는 부분)를 스스로 통과하게 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

카메라 장치와 발광 다이오드가 전면에 설치되어 대장 내부를 촬영하기 위한 촬영장치와, 마이크로 로봇을 이동시키기 위한 실린더와 실린더 내부의 충격자로 구성된 공압 구동장치와, 충격자의 충격으로부터 카메라 장치 및 기타 대장검사 및 시술을 위한 장비를 보호하기 위한 충격 보호 장치와, 장벽과 마이크로 로봇 사이의 마찰을 조정하고, 장내부의 팽기추벽을 쉽게 통과할 수 있도록 호형상인 다수개의 몸체 지지부와, 상기 몸체 지지부를 각각 독립적으로 제어하여 방향을 제어할 수 있는 방향제어장치로 이루어진 장내부 촬영로봇과;

상기 장내부 촬영로봇의 실린더내에 공압을 흡입 또는 충전함으로서 충격자를 이동시켜 전진 또는 후진을 결정하는 공압 공급부로 구성함이 특징이다.

도 1은 본 발명의 공압 제공부 구성도.

도 2는 본 발명의 마이크로 로봇 구성도.

도 3은 본 발명의 충격장치 구성도.

도 4a는 본 발명의 공압제공부가 충격장치에 공압을 제공하는 도면.

도 4b는 본 발명의 공압제공부가 충격장치로부터 공압을 해제하는 도면.

도 5a는 본 발명의 장벽과 마이크로 로봇 사이의 마찰을 조절하는 예시도면.

도 5b는 본 발명의 마이크로 로봇의 실제 장내에서의 방향전환 예시도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 대장 2: 카메라

3: 발광다이오드 4: 완충장치

5: 충격자 6: 몸체 지지부

7: 길이변환용 선형 구동기 8: 공압호스

9: 공압 밸브 제어기 10: 공압밸브

11: 유량조절장치 12: 진공 발생기

13: 공압 흡입/배기부 14: 실린더

15: 공압조절 장치 16: 공압공급원

17: 충격지지장치 100: 마이크로 로봇

이하에서 도면을 통해 본 발명에 관해서 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 공압제공부를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 마이크로 로봇의 구성도이고, 도 3은 실린더 부분을 확대한 도면으로서,

도시한 바와 같이, 발광 다이오드(3)가 전면에 설치되어 대장(1) 내부를 촬영하기 위한 카메라장치(2)와, 마이크로 로봇을 이동시키기 위해 내부에 충격자를(5)갖는 실린더(14)와, 충격자(5)의 충격으로부터 카메라장치(2) 및 기타 대장검사 및 시술을 위한 장비를 보호하기 위한 충격 보호 장치(4)와, 장벽(1)과 마이크로 로봇 사이의 마찰을 조정하고, 장내부 팽기추벽을 쉽게 통과할 수 있도록 호형상인 다수개의 몸체 지지부(6)와, 상기 몸체 지지부(6)를 각각 독립적으로 제어하여 방향을 제어할 수 있는 길이변환용 선형 구동기(7)로 이루어진 장내부 촬영로봇(100)과;

상기 장내부 촬영로봇의 실린더(14)내에 공압을 흡입 또는 충전함으로서 충격자(5)를 이동시켜 전진 또는 후진을 결정하는 공압 공급부로 구성된다.

그리고, 상기의 공압공급부는 공압공급원(16)과, 상기 공압공급원(16)으로 부터 제공되는 공압이 일정하게 공급되도록 하는 공압조절장치(15)와, 상기 공압조절장치(15)를 통과한 공기의 방향을 조절하기 위한 밸브(10)와, 상기 밸브(10)를 제어하여 원하는 방향으로 공기가 공급되도록 하는 공압 밸브 제어기(9)와, 촬영장치(100)의 실린더(14)로 제공되는 공기의 양을 조절하는 유량조절장치(11a, 11b)와, 공압을 진공상태로 만들어 실린더(14)의 충격자(5)를 원래위치로 복귀시키기 위한 진공발생기(12)를 포함하여 구성한다.

상기와 같이 구성하는 본 발명의 특징은 공압에 의한 실린더(14) 내의 충격자(5)의 전진 및 후진시 발생하는 충격력에 의해 구동기가 전진 및 후진이 가능하도록 하였다.

또한, 본 발명에서는 4개의 몸체 지지부(6)를 구성하고 있는 바, 상기 몸체 지지부(6)의 길이를 변화시킴으로서 몸체지지부(6)의 휘어지는 각도(호의 각도)를 조절하여 장내에서 로봇의 자세를 제어할 수 있도록 하였으며, 아울러 장내에서 회전도 가능하도록 하였다.

즉, 본원발명의 몸체 지지부(6)는 로봇 전단의 충격보호장치(4)와 로봇 후단의 충격 지지장치(17) 사이에 위치하며, 본 발명의 실시예에서와 같이 일정간격을 두고 4개를 위치시켰을 경우, 로봇 전단의 꺾임에 따라 상부쪽 지지부의 호의 각이 커지거나 하부쪽 지지부의 호의 각이 커져 장 내주연과 밀착되면서 로봇의 진행이 가능토록 하였다.

이는 도 5b에 도시한 바와 같이 로봇(100)이 위로 상승하는 경우 상부쪽 지지부의 호의 각은 작아지고 하부쪽 지지부의 호의 각은 커지게 되어 자연스럽게 장 내부와 밀착되는 것을 알 수 있다.

이렇게 함으로서 로봇은 α,β루프(대장이 꺾이는 부분; 도시하지 않음)를 통과할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 충격자(5)에 의해 생성되는 충격력이 전방에 위치한 카메라 (2)와 조명장치(3)에 미치는 영향을 차단하기 위해 완충장치(4)를 장착하여 깨끗한 장내 영상을 획득할 수 있게 하였다.

또한, 길이변환용 선형구동기(7)를 이용하여 지지부(6)의 반지름 방향길이를조절하면, 지지부(6)와 장벽 사이의 충분한 마찰력을 유지하게 되고, 충격자(5)의 운동으로 인해 발생하는 반발력으로 로봇이 충격자(5)의 운동방향과 반대로 밀리는 것을 막을 수 있다.

이하에서 본 발명의 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 4a는 충격장치의 전진을 위한 공압 공급부 동작을 도시한 것으로,

로봇이 대장내에서 전진하기 위해서 도 1의 제어기(9)로부터 밸브(10)의 포트A에 개방신호가 주어지고, 공기는 유량조절장치(11a)를 거쳐 실린더에 주입됨에 따라 충격자(5)가 전방으로 움직이며 실린더(14)의 벽과 충돌하여 충격력을 발생하게 된다.

밸브(10)의 포트 A(port A)를 열어서 실린더(14) 내부로 공기를 불어넣을 때 지지대(6)와 대장 사이의 마찰력이 충격자(5)의 움직임에 의한 반발력을 극복함으로서 로봇이 후방으로 밀리는 것을 막아준다.

충격자(5)가 실린더(14)의 전방 끝에 도달하여 충돌이 발생하면 지지대(6)와 대장 사이의 마찰력을 이길 수 있는 충분한 힘이 발생되어 로봇이 전진할 수 있게 된다.

이때 포트 B(port B)는 차단된 상태이다.

도 4b는 충격자(5)가 원위치로 되돌아 올 수 있도록 하기 위한 공압공급부의 동작상태를 도시한 바와 같이,

전진하였던 충격자(5)가 다시 실린더(14)의 후방으로 돌아오기 위해서 제어기로부터 밸브(10)의 포트 B의 개방신호가 주어진다.

진공 발생기(12)를 통한 진공이 실린더(14)에 작용하므로, 충격자(5)는 원래의 자리로 돌아오게 된다.

이때, 실린더(14)의 후방에도 충돌이 발생하고, 그에 따른 충격력이 발생한다.

이 충격력이 지지대(6)와 대장(1) 사이의 마찰력보다 크지 않게 진공을 형성하기 위해 진공 발생기 바로 앞의 유량조절장치(11b)가 조절되어 있다.

이때, 포트 A는 차단된 상태이다.

로봇이 장내에서 후진하기 위해서는 두개의 유량조절장치(11a, 11b)를 전진할 때와 반대로 조절하여 안정적인 전진과 후진을 만들어 낼 수 있다.

도 5a는 장 내부 촬영로봇의 유동을 도시한 것으로, 길이 변환용 선형 구동기(7)를 이용하여 유연한 지지부의 전체적인 반지름 방향의 크기를 조절하여 장과 로봇 사이의 마찰력의 크기를 조절할 수 있다.

즉, 길이 변환용 선형 구동기(7)에 일정한 전압을 제공하여 길이를 줄이거나 늘리도록 하여 상부쪽 방향과 하부쪽 방향을 선택하도록 한 것이다.

여기서 사용한 길이 변환용 선형 구동기(7)는 형상기억 합금(SMA), 폴리머 (Polymer) 등을 이용한다.

도 5b는 장 내부 촬영로봇이 장을 통과시 유동을 도시한 것으로, 길이 변환용 선형 구동기(7)의 길이를 서로 다르게 조절하면 유연한 지지부의 반지름 방향의 크기가 달라진다.

따라서, 이때 로봇의 카메라 장착부분을 일정 각도 회전시켜 곡면 통과가 가능하다.

즉, 장 내부 촬영로봇을 상승시켜야할 경우 다수개의 선형 구동기에 있어서 아래방향에 있는 구동기를 늘리도록 제어하고 윗방향에 있는 구동기를 짧아지도록 제어하면 장 내부 촬영로봇의 전방이 위로 상승하여 장의 위로 상승하기 용이하다.

그리고, 장 내부 촬영로봇을 하강시켜야할 경우 다수개의 선형 구동기에 있어서 윗방향에 있는 구동기를 늘리도록 제어하고 아래방향에 있는 구동기를 짧아지도록 제어하면 장 내부 촬영로봇의 전방이 아래로 하강하여 장의 아래로 하강하기 용이하다.

따라서, 본 발명의 장치를 이용하게 되면 환자의 장내에 발생하는 상처를 줄일 수 있으며, 내시경의 자유주행으로 검사자의 부담을 최소로 줄일 수 있도록 하였다.

상술한 바와 같이 본 발명은 실린더 내부에 공기를 주입하거나 흡입함으로서 전후진 운동을 가능케 하였으며, 몸체 지지부의 크기를 조절하여 방향전환을 가능케 하였다.

또한 실린더 내부로의 공기 양을 조절하여 로봇의 속도도 조절함으로서 기존의 내시경이 의사의 기술에 전적으로 의존하던 것을, 로봇 스스로 주행이 가능하게 함으로서 지금까지 환자가 느끼던 고통을 덜어줄 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 전방에 장 내부 조명을 제공하는 조명장치와 장 내부 촬영을 위한 촬영장치를 설치하고, 일측 외주연이 개구된 실린더와 상기 실린더 내부에 위치하여 공압호스를 통해 제공되는 공기압에 의해 실린더 전후부에 충격을 가하는 충격자로 이루어져 로봇을 전후진 시키는 충격장치를 설치하며, 충격자의 충격으로부터 촬영장치를 보호하는 충격 완충장치를 설치하며, 상기 촬영장치와 충격장치 사이에는 몸체의 이동방향을 결정하기 위한 길이변환용 선형 구동기를 설치하고, 후방에 충격장치를 지지하는 충격 지지장치를 설치하여 이루어지는 장 내부 촬영로봇과;

   상기 장 내부 촬영로봇의 충격장치와 공압호스로 연결되어 로봇에 구동력을 제공하기 위한 공압 공급부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 대장 검사용 마이크로 로봇.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 조명장치는 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 대장 검사용 마이크로 로봇.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 장 내부 촬영로봇은 로봇 하우징을 지지하여 장벽과의 마찰을 조절하게 하는 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대장 검사용 마이크로 로봇.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 지지대는 길이변환용 선형구동기의 변형에 따라 호의 각도가 커지거나 작아지는 것을 특징으로 하는 대장 검사용 마이크로 로봇.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 공압 공급부는 공기공급원과 공압조절장치와 밸브와 밸브제어장치와 유량조절장치와 진공발생기를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 대장 검사용 마이크로 로봇.
6. 제 1 항에 있어서,

   길이변환용 선형 구동기는 형상기억합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대장 검사용 마이크로 로봇.
7. 제 1 항에 있어서,

   길이변환용 선형 구동기는 폴리머(Polymer)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대장 검사용 마이크로 로봇.
8. 제 1 항에 있어서,

   실린더내의 공기를 흡입 또는 충전함으로써 충격자를 이동시켜 전진 또는 후진하는 것을 특징으로 하는 대장 검사용 마이크로 로봇.