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삼각배치 전자기코일과 위치 추적 알고리즘을 이용한 마그네틱 로봇의 2 차원 정밀 구동에 관한 연구
이동준(D. J. Lee),이학준(H. J. Lee),김윤상(Y. S. Kim),전승문(S. M. Jeon) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
자기장으로 무선 구동이 가능한 초소형 마그네틱 로봇은 바이오, 의료 등 다양한 응용 분야에서 침습성, 구동성 및 기능성 등의 측면에서 여러 이점을 보여주었다. 기존의 전자기구동시스템은 다수의 전자기코일로 구성되어 있어 마그네틱 로봇의 구동에 필요한 다양한 형태의 자기장을 생성할 수 있으나 자기장 계산과 구동 제어의 편의를 위해 로봇의 실시간 위치를 고려하지 않고 자기장을 생성하여 로봇 제어 오차가 비교적 큰 한계가 있다. 본 연구에서는 마그네틱 로봇의 2 차원 제어가 가능하면서도 최소한의 코일로 구성된 삼각배치 전자기코일(TEC)과 실시간 로봇 위치 인식 기술을 이용하여 마그네틱 로봇의 위치 기반 2 차원 정밀 제어 방법을 개발하였다. 이를 위해 로봇의 작동 환경을 고려하여 비교적 빠르고 정확한 위치 인식이 가능한 영상 처리 알고리즘을 적용하였고, 로봇의 실시간 위치 좌표를 TEC 의 입력 전류 계산에 이용하여 로봇의 주어진 추진 방향을 고려한 최적의 전류 입력 및 자기장 생성이 가능하도록 하였다. 본 연구에서 제안된 위치 기반 제어 방법의 유효성을 검증하기 위하여 TEC 의 자기장 및 이에 의한 자기력을 이론과 시뮬레이션의 비교를 수행하였고, 위치 기반 제어 기법을 사용하지 않은 로봇 제어 방법과 실제 구동 성능 비교 실험을 수행하였다. 본 연구를 통해 전자기구동시스템을 이용한 마그네틱 로봇의 무선 구동 시 유효 제어 범위와 구동 정밀도를 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다.
다중나선모듈로 이루어진 마그네틱 로봇의 좁고 굽은 관 환경에서의 구동 특성에 관한 연구
이용훈(Y. H. Lee),이학준(H. J. Lee),이청(C. Lee),이종희(J. H. Lee),전승문(S. M. Jeon) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
본 연구에서는 다중나선모듈로 이루어진 마그네틱 로봇(MHMM)의 좁고 굽은 관 환경에서의 구동 특성을 소개한다. MHMM 은 기존의 심혈관 치료를 위해 사용되던 유선 카테터 기반 관상동맥성형술의 의료적 한계를 극복하기 위해 연구되는 자기장으로 무선 구동이 가능한 초소형나선로봇이다. MHMM 은 다수의 나선모듈이 유니버셜 조인트로 직렬 연결된 구조로서 기존의 단일 모듈로 구성된 로봇에 비해 공간적 제약이 적어 각종 기능성 모듈 탑재가 가능하여 다양한 기능을 구현할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 인체의 혈관과 같이 좁고 굽은 관 환경에서 MHMM의 모듈 수에 따른 구동 특성 변화에 대한 연구결과를 제시한다. MHMM은 전체 길이 대비 모듈 수가 증가할 수록 곡선에 가까운 자세를 취할 수 있으므로 더 좁고 굽은 관에서도 이동이 가능하다. 또한, MHMM의 각 모듈은 유니버셜 조인트를 통해 회전 동력이 비선형적으로 전달되는데, 모듈 수가 증가할수록 이러한 비선형성이 감소하여 MHMM의 회전 진동이 감소되므로 구동 특성이 향상된다. 본 연구에서는 이러한 특성을 기하학적 모델을 이용하여 이론적으로 예측하였고, 각종 MHMM 시제품과 유사 혈관 환경을 제작하여 실험적으로도 검증하였다. 본 연구는 관환경에서 다양한 기능을 수행할 수 있는 다기능 초소형로봇시스템 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.