6 자유도 병렬로봇을 이용한 단일 코일 기반의 3차원 마이크로 로봇 전자기 제어 시스템 Single Coil Electromagnetic System for the 3D Locomotion of Magnetic Microrobots using a 6-DOF Parallel Robot원문보기
전자기장제어 시스템을 이용한 마이크로 로봇의 운용은 일반적으로 차원당 한 쌍의 코일을 필요한다. 그리고 균일한 자기장과 균일한 경사 자기장 영역은 코일의 크기에 비해 협소하여, 시스템 크기에 비해 ...
전자기장제어 시스템을 이용한 마이크로 로봇의 운용은 일반적으로 차원당 한 쌍의 코일을 필요한다. 그리고 균일한 자기장과 균일한 경사 자기장 영역은 코일의 크기에 비해 협소하여, 시스템 크기에 비해 작업공간의 크기가 제한되는 문제가 있다. 또한 각 구동코일에 전류인가를 위한 다수의 전원은 비용 문제를 발생시킨다. 이를 개선하기 위해 마이크로 로봇의 3차원자동 제어를 위한 새로운 시스템을 제안한다. 제안한 시스템은 단일 구동코일과 구동코일의 물리적 위치를 제어하는 6자유도 병렬로봇으로 구성된다. 본 논문에서는 단일 코일을 사용하여 마이크로 로봇을 제어하며, 코일의 최대 자기장 지점인 “트래핑 포인트(Trapping Point, TP)”를 생성하고 그 중심에 마이크로 로봇을 고정시킨다. TP에서 마이크로 로봇에 작용하는 중력, 부력 및 자기력의 균형에 의해 로봇의 높이를 제어한다. 병렬로봇 구조는 구동코일의 회전, 평행이동으로TP의 위치를 변동시켜 마이크로 로봇의 2차원 제어를 수행한다. TP메커니즘은 2차원 평면으로 사용범위를 고정할 때에는 카메라를 통한 시각적 피드백 없이 마이크로 로봇의 제어가 가능하고 자석의 종류 및 크기에 영향을 받지 않는다. 이는 기존 전자기 시스템에 비하여 간단한 제어방식으로 개회로 방식에서도 정확한 위치제어를 달성할 수 있다. 시스템은 수동, 자동제어를 지원하며 자동 경로 추적 알고리즘은 복잡한 경로를 안정적으로 추적할 수 있게 하고 고 반복 작업에 대해서도 신뢰성 있는 결과를 보장한다. 300x300x200[가로x 세로x높이(mm)]의 유체가 채워진 아크릴 케이스 내부에서 가상의 나선형태의 경로를 설정하고 경로 추적 정확도를 통해 시스템을 검증하였다.
전자기장 제어 시스템을 이용한 마이크로 로봇의 운용은 일반적으로 차원당 한 쌍의 코일을 필요한다. 그리고 균일한 자기장과 균일한 경사 자기장 영역은 코일의 크기에 비해 협소하여, 시스템 크기에 비해 작업공간의 크기가 제한되는 문제가 있다. 또한 각 구동코일에 전류인가를 위한 다수의 전원은 비용 문제를 발생시킨다. 이를 개선하기 위해 마이크로 로봇의 3차원 자동 제어를 위한 새로운 시스템을 제안한다. 제안한 시스템은 단일 구동코일과 구동코일의 물리적 위치를 제어하는 6자유도 병렬로봇으로 구성된다. 본 논문에서는 단일 코일을 사용하여 마이크로 로봇을 제어하며, 코일의 최대 자기장 지점인 “트래핑 포인트(Trapping Point, TP)”를 생성하고 그 중심에 마이크로 로봇을 고정시킨다. TP에서 마이크로 로봇에 작용하는 중력, 부력 및 자기력의 균형에 의해 로봇의 높이를 제어한다. 병렬로봇 구조는 구동코일의 회전, 평행이동으로TP의 위치를 변동시켜 마이크로 로봇의 2차원 제어를 수행한다. TP메커니즘은 2차원 평면으로 사용범위를 고정할 때에는 카메라를 통한 시각적 피드백 없이 마이크로 로봇의 제어가 가능하고 자석의 종류 및 크기에 영향을 받지 않는다. 이는 기존 전자기 시스템에 비하여 간단한 제어방식으로 개회로 방식에서도 정확한 위치제어를 달성할 수 있다. 시스템은 수동, 자동제어를 지원하며 자동 경로 추적 알고리즘은 복잡한 경로를 안정적으로 추적할 수 있게 하고 고 반복 작업에 대해서도 신뢰성 있는 결과를 보장한다. 300x300x200[가로x 세로x높이(mm)]의 유체가 채워진 아크릴 케이스 내부에서 가상의 나선형태의 경로를 설정하고 경로 추적 정확도를 통해 시스템을 검증하였다.
The control of magnetic microrobots using electromagnetic systems generally requires a pair of coils per dimension. However, for a 3D system, the working space is small in comparison to the size of the coils and the number of power supplies required to render the system expensive. To address these i...
The control of magnetic microrobots using electromagnetic systems generally requires a pair of coils per dimension. However, for a 3D system, the working space is small in comparison to the size of the coils and the number of power supplies required to render the system expensive. To address these issues, a new method for the 3D automatic control of magnetic microrobots was developed using a single driving coil and a 6-DOF parallel robot that controls the physical position of the driving coil. The coil is used to confine the microrobot into a magnetic trap denominated as the "Trapping Point (TP)", located at the maximum magnetic field point and coinciding with the axis of the coil. The vertical position of the robot is controlled by balancing the gravity, buoyancy, and magnetic forces acting on the microrobot. The parallel robot structure performs two-dimensional control of the microrobot by changing the position of the TP through the rotation and translation of the driving coil. Despite any change in the properties of the microrobot, the TP mechanism can control it without visual feedback in a two-dimensional plane. The automatic path tracking algorithm tracks complex paths stably and guarantees reliable results, especially for high-repetition tasks. Compared to existing electromagnetic systems, the developed system is simpler and achieves accurate position control, even when open-loop control is used.
The control of magnetic microrobots using electromagnetic systems generally requires a pair of coils per dimension. However, for a 3D system, the working space is small in comparison to the size of the coils and the number of power supplies required to render the system expensive. To address these issues, a new method for the 3D automatic control of magnetic microrobots was developed using a single driving coil and a 6-DOF parallel robot that controls the physical position of the driving coil. The coil is used to confine the microrobot into a magnetic trap denominated as the "Trapping Point (TP)", located at the maximum magnetic field point and coinciding with the axis of the coil. The vertical position of the robot is controlled by balancing the gravity, buoyancy, and magnetic forces acting on the microrobot. The parallel robot structure performs two-dimensional control of the microrobot by changing the position of the TP through the rotation and translation of the driving coil. Despite any change in the properties of the microrobot, the TP mechanism can control it without visual feedback in a two-dimensional plane. The automatic path tracking algorithm tracks complex paths stably and guarantees reliable results, especially for high-repetition tasks. Compared to existing electromagnetic systems, the developed system is simpler and achieves accurate position control, even when open-loop control is used.
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